KR20180119912A

KR20180119912A - 태양광 발전 시스템 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR20180119912A
Application number: KR1020170053624A
Authority: KR
Inventors: 김효성
Original assignee: 공주대학교 산학협력단
Priority date: 2017-04-26
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2018-11-05
Anticipated expiration: 2037-04-26
Also published as: KR101968154B1; WO2018199667A1

Abstract

본 발명은 태양광 발전 시스템에 관한 것으로서, 상기 태양광 발전 시스템은 태양전지 패널의 일측 출력단자의 전류를 감지하여 출력하는 전류 감지부, 상기 태양전지 패널의 양측 출력단자 사이의 전압을 감지하여 출력하는 전압 출력부, 상기 태양전지 패널의 양측 출력단자 사이에 위치하는 커패시터, 스위칭 소자와 적어도 하나의 저항을 구비하고 있고, 상기 스위칭 소자의 턴온 또는 턴오프 상태에 따라 상기 커패시터의 방전 동작과 충전 동작을 제어하는 스캔 제어부, 그리고 상기 전류 감지부, 상기 전압 감지부 및 상기 스캔 제어부에 연결되어 있고, 상기 스위칭 소자의 턴온 동작과 턴오프 동작을 제어하며, 상기 커패시터의 방전 동작 시 또는 충전 동작 시에 상기 전류 감지부와 상기 전압 감지부로부터 인가되는 신호를 이용하여 상기 태양전지 패널의 패널 출력전류와 패널 출력전압을 판정하고, 판정된 패널 출력전류와 패널 출력전압을 이용하여 패널 전력을 산출하여 최대 전력점 추적 동작을 실시하는 최대 전력점 추적 제어 장치를 포함한다.

Description

태양광 발전 시스템 및 그 제어 방법{PHOTOVOLTAIC POWER GENERATION SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}

본 발명은 태양광 발전 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고, 이에 따라 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 태양 전지가 주목 받고 있다.

태양 전지에 빛이 입사되면 복수의 전자-정공 쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공 쌍은 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 전하인 전자와 정공으로 각각 분리되고, 분리된 전자와 정공은 각각 서로 다른 전극으로 수집되고 전자와 정공을 수집한 전극을 전선으로 연결하여 전력을 얻게 된다.

이러한 태양 전지는 단독으로도 이용 가능하지만, 좀더 효율적인 사용과 설치를 용이하기 위해 동일한 구조를 갖는 복수의 태양 전지를 직렬 또는 병렬로 연결하여 태양 전지 모듈을 제작한다.

따라서 사용자는 원하는 개수만큼의 태양 전지 모듈을 연결한 모듈 어레이인 태양 전지 패널을 설치하고, 이 태양 전지 패널로부터 최종 전력을 얻어 사용한다.

이러한 태양 전지 패널의 효율은 약 20%로 낮으며, 태양 전지 패널의 운전 조건에 따라서 태양 전지 패널에서 출력되는 출력 전압의 차이가 크게 발생하게 된다.

따라서, 태양 전지 패널의 발전 효율을 극대화시키기 위해, 태양 전지 패널을 구비한 태양광 발전 시스템은 태양 전지 패널에서 출력되는 전력 중에서 최대 크기의 전력을 갖는 최대 전력점(Maximum Power Point, MPP)을 추적하여 태양 전지 패널의 동작을 제어하는 최대 전력점 추적법(Maximum Power Point Tracking, MPPT)을 이용한다.

태양 전지 패널은 전압원과 전류원의 복합적인 특성을 갖고 있다.

따라서, 태양 전지 패널은 단락 회로 운전점(Vpv=0, Ipv=Isc) 즉, 태양 전지 패널의 출력 전압인 패널 출력전압(Vpv)은 0이고 태양 전지 패널의 출력 전류인 패널 출력전류(Ipv)는 단락 전류(Isc)인 부근에서는 전류원의 형태로 동작하고, 개방 전압(Voc)의 동작점 부근에서는 전압원의 형태로 동작한다.

또한 최대 전력점에서 태양 전지 패널은 전류원도 아니고 전압원도 아닌 비선형적 동작 특성을 갖는다.

따라서, 태양 전지 패널의 출력 단자를 단락(short)시킬 경우 단락전류(Isc)가 흐르며, 태양 전지 패널의 출력단자를 개방(open)시킬 경우 태양 전지 패널의 출력 단자 사이의 전압은 최대 전압인 개방 전압(Voc)이 된다.

따라서, 태양 전지 패널에서, 출력 전력이 최대가 되는 운전점인 최대 전력점(MPP)은 태양 전지 패널의 두 운전 조건인 단락 조건과 개방 조건 사이에 존재함을 알 수 있다.

조사되는 빛의 양에 따라 태양 전지 패널의 발전량이 정해지므로 태양 전지 패널은 일사량에 비례하여 태양 전지 패널의 단락 전류(Isc)가 증가하게 된다.

이로 인해, 일사량의 변화에 따라 최대 전력점 역시 바뀌게 되므로, 태양 전지 패널의 발전 효율을 극대화하기 위해 최대 전력점 추적법을 이용하여 일사량에 따라 새로운 최대 전력점을 찾아야 된다.

하지만, 종래의 최대 전력점 추적법은 일사량의 변화가 없는 상황에서도 최대 전력점이 변동하는 문제가 발생하며, 또한, 나뭇잎 등으로 인해 태양 전지 패널에 발생하는 그림자 등으로 태양 전지 패널에 복수 개의 최대 전력점이 발생할 경우, 최대 전력점의 위치로 이동하지 못하고 다른 위치(즉, 지역적 극대 전력점 위치)에서 최대 전력점 추적 동작이 이루어져 태양 전지 패널의 동작 효율을 극대화할 수 없게 된다.

대한민국 등록특허 등록번호 10-1595060(등록일자: 2016년 02월 11일, 발명의 명칭: 태양광 발전 시스템의 동적 최대전력지점 추종 기능을 구비한 인버터장치 및 상기 인버터장치의 동적최대전력지점 추종방법) 대한민국 등록특허 등록번호 10-1256433(등록일자: 2013년 04월 12일, 발명의 명칭: PV 전류를 이용한 최대 전력점 추적 방식의 태양광 발전 시스템)

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 최대 전력점 추적 동작의 정확도와 안정성을 향상시켜 태양 전지 패널의 발전 효율을 높이기 위한 것이다.

본 발명의 한 특징에 따른 태양광 발전 시스템은 태양전지 패널의 일측 출력단자의 전류를 감지하여 출력하는 전류 감지부, 상기 태양전지 패널의 양측 출력단자 사이의 전압을 감지하여 출력하는 전압 출력부, 상기 태양전지 패널의 양측 출력단자 사이에 위치하는 커패시터, 스위칭 소자와 적어도 하나의 저항을 구비하고 있고, 상기 스위칭 소자의 턴온 또는 턴오프 상태에 따라 상기 커패시터의 방전 동작과 충전 동작을 제어하는 스캔 제어부, 그리고 상기 전류 감지부, 상기 전압 감지부 및 상기 스캔 제어부에 연결되어 있고, 상기 스위칭 소자의 턴온 동작과 턴오프 동작을 제어하며, 상기 커패시터의 방전 동작 시 또는 충전 동작 시에 상기 전류 감지부와 상기 전압 감지부로부터 인가되는 신호를 이용하여 상기 태양전지 패널의 패널 출력전류와 패널 출력전압을 판정하고, 판정된 패널 출력전류와 패널 출력전압을 이용하여 패널 전력을 산출하여 최대 전력점 추적 동작을 실시하는 최대 전력점 추적 제어 장치를 포함한다.

상기 스캔 제어부는 하나의 저항과 하나의 스위칭 소자를 포함하고, 상기 저항은 상기 태양전지 패널의 일측 출력단자에 일측 단자가 연결되어 있고, 상기 스위칭 소자는 상기 저항과 상기 태양전지 패널의 타측 출력단자 사이에 입력단자와 출력단자가 연결되어 있고 상기 최대 전력점 추적 제어 장치에 제어 단자가 연결되어 있는 것이 좋다.

상기 스캔 제어부는 제1 저항 및 제2 저항과 하나의 스위칭 소자를 포함하고, 상기 스위칭 소자는 상기 태양전지 패널의 일측 출력단자와 타측 출력단자 사이에 입력단자와 출력단자가 연결되어 있고, 상기 제1 저항의 일측단자는 최대 전력점 추적 제어 장치에 연결되어 상기 최대 전력점 추적 제어 장치로부터 제어 신호를 인가받고 타측단자는 상기 스위칭 소자의 제어 단자에 연결되어 있고, 상기 제2 저항의 일측단자는 상기 제1 저항의 타측 단자에 연결되어 있고, 타측단자는 태양전지 패널의 타측 출력단자에 연결되어 있는 것이 좋다.

상기 스위칭 소자는 MOSFET나 바이폴라 트랜지스터일 수 있다.

상기 최대 전력점 추적 제어 장치는 상기 제어 신호를 이용하여 상기 스위칭 소자를 설정 시간 동안 턴오프시켜 상기 커패시터를 정해진 상태까지 충전시키고, 정해진 스캔시간 동안 상기 제어 신호를 이용하여 상기 스위칭 소자를 턴온시켜 상기 커패시터의 방전 동작이 이루어지도록 한 후, 정해진 스캔 주기마다 상기 태양전지 패널의 패널 출력전류와 패널 출력전압을 판정하고, 판정된 패널 출력전류와 패널 출력전압을 이용하여 현재 패널 전력을 산출하고, 산출된 현재 패널 전력이 이전 패널 전력보다 크면 최대 전력점 전압을 판정된 패널 출력전압으로 하고, 현재 패널 전력을 이전 패널 전력으로 저장하는 최대전력점 추적 동작을 실시할 수 있다.

상기 최대 전력점 추적 제어 장치는 상기 제어 신호를 이용하여 상기 스위칭 소자를 턴오프시켜 상기 커패시터를 충전시키고, 상기 전압 감지부에 의해 판정된 패널 출력전압이 정해진 최대 전압 초과이면, 상기 제어 신호를 이용하여 상기 스위칭 소자를 턴온시켜 상기 커패시터의 방전이 이루어지도록 하고, 상기 커패시터의 방전 중에 상기 전압 감지부에 의해 판정된 패널 출력전압이 최소 전압 미만일 때까지 상기 전류 감지부와 상기 전압 감지부를 이용하여 상기 태양전지 패널의 패널 출력전류와 패널 출력전압을 판정하고, 판정된 패널 출력전류와 패널 출력전압을 이용하여 현재 패널 전력을 산출하고, 산출된 현재 패널 전력이 이전 패널 전력보다 크면 최대 전력점 전압을 판정된 패널 출력전압으로 하고, 현재 패널 전력을 이전 패널 전력으로 저장하는 최대전력점 추적 동작을 실시할 수 있다.

상기 최대 전력점 추적 제어 장치는 상기 제어 신호를 이용하여 상기 스위칭 소자를 설정 시간 동안 턴온시켜 상기 커패시터를 정해진 상태까지 방전시키고, 정해진 스캔시간 동안 상기 제어 신호를 이용하여 상기 스위칭 소자를 턴오프 상기 커패시터의 충전 동작이 이루어지도록 한 후, 정해진 스캔 주기마다 상기 태양전지 패널의 패널 출력전류와 패널 출력전압을 판정하고, 판정된 패널 출력전류와 패널 출력전압을 이용하여 현재 패널 전력을 산출하고, 산출된 현재 패널 전력이 이전 패널 전력보다 크면 최대 전력점 전압을 판정된 패널 출력전압으로 하고, 현재 패널 전력을 이전 패널 전력으로 저장하는 최대전력점 추적 동작을 실시할 수 있다.

상기 최대 전력점 추적 제어 장치는 상기 제어 신호를 이용하여 상기 스위칭 소자를 턴온시켜 상기 커패시터의 방전이 이루어지도록 하고, 상기 커패시터의 방전 중에 상기 전압 감지부에 의해 판정된 패널 출력전압이 정해진 최소 전압 미만이면, 상기 제어 신호를 이용하여 상기 스위칭 소자를 턴오프시켜 상기 커패시터의 충전이 이루어지도록 하고, 상기 커패시터의 충전 중에 상기 전압 감지부에 의해 판정된 패널 출력전압이 최대 전압을 초과할 때까지 상기 전류 감지부와 상기 전압 감지부를 이용하여 상기 태양전지 패널의 패널 출력전류와 패널 출력전압을 판정하고, 판정된 패널 출력전류와 패널 출력전압을 이용하여 패널 전력을 산출하고, 판정된 패널 출력전류와 패널 출력전압을 이용하여 현재 패널 전력을 산출하고, 산출된 현재 패널 전력이 이전 패널 전력보다 크면 최대 전력점 전압을 판정된 패널 출력전압으로 하고, 현재 패널 전력을 이전 패널 전력으로 저장하는 최대전력점 추적 동작을 실시할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따른 태양광 발전 시스템은 태양전지 패널의 일측 출력단자의 전류를 감지하여 출력하는 전류 감지부, 상기 태양전지 패널의 양측 출력단자 사이의 전압을 감지하여 출력하는 전압 출력부, 상기 태양전지 패널의 양측 출력단자 사이의 위치하는 커패시터, 그리고 상기 태양전지 패널의 양측 출력단자에 병렬로 연결되어 있는 복수의 스캔 제어부, 상기 전류 감지부, 상기 전압 감지부 및 상기 복수의 스캔 제어부에 연결되어 있는 최대 전력점 추적 제어 장치를 포함하고, 상기 복수의 스캔 제어부 각각은 상기 태양전지 패널의 일측 출력단자에 일측 단자가 연결되어 있는 저항, 그리고 상기 저항과 상기 태양전지 패널의 타측 출력단자 사이에 입력단자와 출력단자가 연결되어 있고 상기 최대 전력점 추적 제어 장치에 제어 단자가 연결되어 있는 스위칭 소자를 포함한다.

상기 특징에 따른 상기 최대 전력점 추적 제어 장치는 복수 개의 스캔 제어부 중에서 하나의 스캔 제어부의 스위칭 소자로 인가되는 제어 신호를 이용하여 상기 하나의 스캔 제어부의 스위칭 소자를 턴온시켜 상기 커패시터를 방전시키고 상기 커패시터의 방전 중에 상기 전류 감지부와 상기 전압 감지부로부터 인가되는 신호를 이용하여 상기 태양전지 패널의 패널 출력전류와 패널 출력전압을 판정하고, 판정된 패널 출력전류와 패널 출력전압을 이용하여 패널 전력을 산출하여 최대 전력점을 추적하는 제1 최대 전력점 추적 동작을 실시하고, 다시 복수의 스캔 제어부 모두의 스위칭 소자로 인가되는 제어 신호를 이용하여 상기 복수의 스캔 제어부의 스위칭 소자를 모두 턴온시켜 상기 커패시터를 방전시키고 상기 커패시터의 방전 중에 상기 전류 감지부와 상기 전압 감지부로부터 인가되는 신호를 이용하여 상기 태양전지 패널의 패널 출력전류와 패널 출력전압을 판정하고, 판정된 패널 출력전류와 패널 출력전압을 이용하여 패널 전력을 산출하여 최대 전력점을 추적하는 제2 최대 전력점 추적 동작을 실시한다.

제1 최대 전력점 추적 동작은 하나의 스캔 제어부의 스위칭 소자로 인가되는 제어 신호에 의해 상기 하나의 스캔 제어부의 스위칭 소자가 턴온 됨에 따라 상기 커패시터가 방전될 때 상기 커패시터의 방전 시간에 기초한 제1 스캔시간 동안 행해지고, 제2 최대 전력점 추적 동작은 복수의 스캔 제어부 모두의 스위칭 소자로 인가되는 제어 신호에 의해 상기 복수의 스캔 제어부의 스위칭 소자가 모두 턴온됨에 따라 상기 커패시터가 방전될 때 상기 커패시터의 방전 시간에 기초한 제2 스캔시간 동안 행해지며, 상기 제1 스캔 시간은 상기 제2 스캔 시간보다 긴 것이 좋다.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 태양광 발전 시스템의 제어 방법은 해당 상태의 제어 신호를 설정 시간 동안 스위칭 소자로 인가하여 상기 스위칭 소자를 턴오프 또는 턴온시켜 커패시터를 정해진 상태까지 충전 또는 방전시키는 단계, 정해진 스캔시간 동안 해당 상태의 제어 신호를 상기 스위칭 소자로 인가하여 상기 스위칭 소자를 턴온 또는 턴오프시켜 상기 커패시터를 방전 또는 충전시키는 단계, 상기 커패시터의 방전 또는 충전 중에, 정해진 스캔 주기마다 전류 감지부와 전압 감지부를 이용하여 태양전지 패널의 패널 출력전류와 패널 출력전압을 판정하는 단계, 판정된 패널 출력전류와 패널 출력전압을 이용하여 현재 패널 전력을 산출하는 단계, 그리고 산출된 현재 패널 전력이 이전 패널 전력보다 크면 최대 전력점 전압을 판정된 패널 출력전압으로 하고, 현재 패널 전력을 이전 패널 전력으로 저장하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 태양광 발전 시스템의 제어 방법은 해당 상태의 제어 신호를 스위칭 소자로 인가하여 상기 스위칭 소자를 턴온 또는 턴오프시켜 커패시터를 충전 또는 방전시키는 단계, 전압 감지부에 의해 판정된 패널 출력전압이 정해진 최대 전압 초과 또는 최소 전압 미만이면, 해당 상태의 제어 신호를 상기 스위칭 소자로 인가하여 상기 스위칭 소자를 턴온 또는 턴오프시켜 상기 커패시터를 방전 또는 충전시키는 단계, 상기 커패시터의 방전 또는 충전 중에 전압 감지부에서 출력되는 신호를 이용하여 태양전지 패널의 패널 출력전압을 판정하는 단계, 판정된 패널 출력전압이 최소 전압 미만 또는 최대 전압 초과일 때까지 전류 감지부와 전압 감지부를 이용하여 상기 태양전지 패널의 패널 출력전류와 패널 출력전압을 판정하는 단계, 판정된 패널 출력전류와 패널 출력전압을 이용하여 현재 패널 전력을 산출하는 단계, 그리고 산출된 현재 패널 전력이 이전 패널 전력보다 크면 최대 전력점 전압을 판정된 패널 출력전압으로 하고, 현재 패널 전력을 이전 패널 전력으로 저장하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 따른 태양광 발전 시스템의 제어 방법은 복수 개의 스캔 제어부 중에서 하나의 스캔 제어부의 스위칭 소자로 해당 상태의 제어 신호를 인가하여 상기 하나의 스캔 제어부의 스위칭 소자를 턴온시켜 커패시터를 제1 시간 동안 방전시키는 단계, 상기 제1 시간 동안의 커패시터의 방전 중에 전류 감지부와 전압 감지부로부터 인가되는 신호를 판독하여 태양전지 패널의 패널 출력전류와 패널 출력전압을 판정하고, 판정된 패널 출력전류와 패널 출력전압을 이용하여 패널 전력을 산출하여 최대 전력점을 추적하는 제1 최대 전력점 추적 동작을 실시하는 단계, 복수의 스캔 제어부 모두의 스위칭 소자로 해당 상태의 제어 신호를 인가하여 상기 복수의 스캔 제어부의 스위칭 소자를 모두 턴온시켜 상기 커패시터를 제2 시간 동안 방전시키는 단계, 그리고 상기 제2 시간 동안의 커패시터의 방전 중에 상기 전류 감지부와 상기 전압 감지부로부터 인가되는 신호를 이용하여 상기 태양전지 패널의 패널 출력전류와 패널 출력전압을 판정하고, 판정된 패널 출력전류와 패널 출력전압을 이용하여 패널 전력을 산출하여 최대 전력점을 추적하는 제2 최대 전력점 추적 동작을 실시하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 스캔 제어부 각각은 상기 태양전지 패널의 일측 출력단자에 일측 단자가 연결되어 있는 저항, 그리고 상기 저항과 상기 태양전지 패널의 타측 출력단자 사이에 입력단자와 출력단자가 연결되어 있고 상기 최대 전력점 추적 제어 장치에 제어 단자가 연결되어 있는 스위칭 소자를 포함한다.

이때, 제1 최대 전력점 추적 동작은 하나의 스캔 제어부의 스위칭 소자로 인가되는 제어 신호에 의해 상기 하나의 스캔 제어부의 스위칭 소자가 턴온되어 상기 커패시터가 방전될 때, 상기 제1 시간에 기초한 제1 스캔시간 동안 행해지고, 제2 최대 전력점 추적 동작은 복수의 스캔 제어부 모두의 스위칭 소자로 인가되는 제어 신호에 의해 상기 복수의 스캔 제어부의 스위칭 소자가 모두 턴온되어 상기 커패시터가 방전될 때, 제2 시간에 기초한 제2 스캔시간 동안 행해지며, 상기 제1 시간은 상기 제2 스캔 시간보다 긴 것이 좋다.

이러한 특징에 따르면, 전력 조절 장치의 평활용 커패시터의 충방전 동작을 이용하여 패널 전력의 스캔 동작이 이루어져 안정적이고 정확한 최대 전력점 추적 동작이 이루어진다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 개략적인 블럭도이다.
도 2는 도 1의 평활용 커패시터의 방전 및 충전 중에 검출한 패널 출력전류, 패널 출력전압 및 패널 전력에 대한 파형도이다.
도 3은 태양전지 패널에 형성된 그림자에 의해 다중 전력 극대점이 형성된 때 태양전지 패널에 대한 최대 전력점 추적 동작에 대한 시험 결과를 도시한 도면이다.
도 4와 도 5는 각각 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템에서 평활용 커패시터의 방전 동작을 이용하여 최대 전력점을 추적하는 동작 순서도이다.
도 6과 도 7은 각각 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템에서 평활용 커패시터의 충전 동작을 이용하여 최대 전력점을 추적하는 동작 순서도이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템에서 평활용 커패시터의 방전 동작을 이용하여 최대 전력점 추적 동작할 때 감지된 패널 출력전류, 패널 출력전압 및 패널 전력의 파형을 도시한다.
도 9는 도 8에서 검출된 신호 파형을 이용하여 운전 전압인 패널 출력전압을 수평축으로 하여 전류-전압 곡선과 전력-전압 곡선을 도출한 파형을 도시한다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 MPPT용 저항의 값에 따른 스캔 전압의 범위를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 개략적인 블럭도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전 시스템에서 평활용 커패시터의 방전 동작을 이용하여 최대 전력점을 추적하는 동작 순서도이다.
도 13과 도 14는 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 예에 대한 개략적인 블럭도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "접속되어" 있다거나 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 접속되어 있거나 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 접속되어" 있다거나 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템 및 그 제어 방법에 대하여 설명한다.

도 1을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템에 대하여 상세히 설명한다.

도 1에 도시한 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템(100)은 태양전지 패널(11), 태양전지 패널(11)의 제1 및 제2 출력 단자(+, -), 즉 (+)의 출력단자(+)와 (-)의 출력단자(-) 사이에 연결되어 있는 최대 전력점 추적 감지부(12), 최대 전력점 추적 감지부(12)와 부하(Ro) 사이에 위치하고 있는 전력 조절 장치(PCS, power conditioning system)(13), 최대 전력점 추적 감지부(12)의 동작에 의해 감지된 태양전지 패널(11)의 출력 전류[이하, 태양전지 패널(11)의 출력전류를 '패널 출력전류'라 함](Ipv)와 출력 전압[이하, 태양전지 패널(11)의 출력전압을 '패널 출력전압'이라 함](Vpv)을 이용하여 최대 전력점 추적 감지부(12)의 동작을 제어하는 최대 전력점 추적 제어 장치(14), 그리고 최대 전력점 추적 제어 장치(14)와 전력 조절 장치(13)에 연결되어 있는 전력 조절 제어부(15)를 구비한다.

태양 전지 패널(11)은 조사되는 빛의 양에 따라 해당하는 크기의 패널 출력전류(Ipv)와 패널 출력전압(Vpv)을 출력한다.

최대 전력점 추적 감지부(12)는 태양 전지 패널(11)의 제2 출력단자(-)에 위치하는 전류 감지부(121), 태양 전지 패널(11)의 제1 및 제2 출력단자(+, -)에 연결되어 있는 전압 감지부(122), 그리고 최대 전력점 추적 제어 장치(14)에 연결되어 있고, 최대 전력점 추적 제어 장치(14)로부터 인가되는 제어 신호에 따라 동작 상태가 변하여 전류 감지부(121)와 전압 감지부(122)에 의한 패널 출력전압(Vpv)과 패널 출력전류(Ipv)의 감지 동작(즉, 스캔 동작)이 최대 전력점 추적 제어 장치(14)에 의해 행해지도록 하는 스캔 제어부(123)을 구비한다.

전류 감지부(121)는 태양 전지 패널(11)의 제2 출력단자(-)를 흐르는 전류를 감지하여 패널 출력전류(Ipv)으로서 최대 전력점 추적 제어 장치(14)로 출력한다.

전압 감지부(122)는 스캔 제어부(123) 이후에 위치하여 최대 전력점 추적 감지부(12)의 양 출력단자 사이의 전압을 감지하여 패널 출력전압(Vpv)으로서 최대 전력점 추적 제어 장치(14)로 출력한다.

스캔 제어부(123)은 태양 전지 패널(11)의 제1 출력단자(+)에 일측 단자가 연결되어 있는 최대 전력점 추적을 위한 저항(즉, MPPT용 저항)(Rmppt)과 MPPT용 저항(Rmppt)의 타측 단자(예, 드레인 단자)에 입력단자가 연결되어 있고 태양 전지 패널(11)의 제2 출력단자(-)에 출력단자(예, 소스 단자)가 연결되어 있으며 최대 전력점 추적 제어 장치(14)에 제어 단자(예, 게이트 단자)가 연결되어 있는 스위칭 소자(예, 제1 스위칭 소자)(Smppt)를 구비한다.

이때, 제1 스위칭 소자(Smppt)는 MOSFET(metal oxide silicon field effect transistor)와 같은 트랜지스터로 이루어져 있고, 최대 전력점 추적 제어 장치(14)로부터 제어 단자로 인가되는 제어 신호(Gmppt)에 따라 동작 상태가 변하여 턴온(turn-on) 또는 턴오프(turn-off)된다.

이러한 제1 스위칭 소자(Smppt)의 턴오프 및 턴온 동작에 의해, 최대 전력점 추적 제어 장치(14)는 최대 전력점 추적을 위한 패널 출력전류(Ipv)와 패널 출력전압(Vpv)의 스캔 동작을 실시한다.

전력 조절 장치(13)는 태양전지 패널(11)의 제1 출력단자(+)와 제2 출력단자(-)에 각각 일측 단자와 타측 단자가 연결되어 있는 커패시터(즉, 평활용 커패시터)(Cdc), 태양전지 패널(11)의 제1 출력단자(+)에 입력 단자(예, 드레인 단자)가 연결되어 있고 전력 조절 제어부(15)에 제어 단자(예, 게이트 단자)가 연결되어 있는 스위칭 소자(예, 제2 스위칭 소자)(Sbuck), 제2 스위치 소자(Sbuck)의 출력 단자(예, 소스 단자)에 캐소드 단자가 연결되어 있고 태양전지 패널(11)의 제2 출력단자(-)에 애노드 단자가 연결되어 있는 다이오드(Df), 스위치(Sbuck)의 출력단자에 일측 단자가 연결되어 있고 부하 저항(Ro)의 일측에 타측 단자가 연결되어 있는 인덕터(Lf), 그리고 코일(Lf)의 일측 단자에 일측 단자가 연결되어 있고 태양 전지 패널(11)의 제2 출력단자(-)에 타측 단자가 연결되어 부하 저항(Ro)과 병렬로 연결되어 있는 커패시터(Cf)를 구비한다.

전력 조절 장치(13)는 제2 스위칭 소자(Sbuck), 다이오드(Df) 및 인덕터(L1), 커패시터(Cf)로 이루어진 벅 컨버터(buck converter)를 이용하지만, 이에 한정되지 않고, 벅 컨버터 이외에 프라이백 컨버터(flyback converter), 부스트 컨버터(boost converter), 또는 포워드 컨버터(forward converter) 등과 같이 다른 컨버터나 인버터(Inverter)를 사용할 수 있다.

도 1의 전력 조절 장치(13)는 제2 스위칭 소자(Sbuck)의 제어 단자로 인가되는 전력 조절 제어부(15)의 펄스폭 변조 신호(PWM)에 따라 제2 스위칭 소자(Sbuck)를 정해진 주기로 턴온 및 턴오프 시키고, 제2 스위칭 소자(Sbuck)의 턴온 및 턴오프 동작에 따라 출력되는 펄스 모양의 전압을 리액터(Lf)와 커패시터(Cf)를 이용해 평활하여 해당 크기의 직류 전압을 출력하게 된다.

즉, 제2 스위칭 소자(Sbuck)는 전력 조절 제어부(150)로부터 인가되는 펄스폭 제어 신호(PWM)에 따라 턴온 또는 턴오프되어 전력 조절 장치(13)의 동작 상태를 제어한다.

따라서, 제2 스위칭 소자(Sbuck)가 턴온될 때, 태양전지 패널(11)에서 출력되는 패널 출력전류(Ipv)는 턴온된 제2 스위칭 소자(Sbuck)를 거처 리액터(Lf)로 흐르게 되어 리액터(Lf)로의 에너지 축적이 이루어지고 커패시터(Cf)와 부하 저항(Ro)을 통해 다이오드(Df) 쪽으로 흐르게 된다. 이때, 다이오드(Df)는 제2 스위칭 소자(Sbuck)의 턴온 시 패널 출력전류(Ipv)의 경로를 리액터(Lf) 쪽으로 한정한다.

반대로, 제2 스위칭 소자(Sbuck)가 턴오프되면, 다이오드(Df)가 전류 흐름 경로를 제공하므로, 리액터(Lf)에 축적된 에너지인 인덕터 전류는 커패시터(Cf)와 저항(Ro)을 통해 다이오드(Df)로 흐르게 된다.

또한, 커패시터(Cf)는 스위칭 소자(Sbuck)로 인가되는 신호의 노이즈 성분을 제거하고 평활 기능도 수행한다.

이로 인해, 전압 감지부(122)는 커패시터(Cf) 양단에 인가되는 전압을 감지하여 패널 출력전압(Vpv)으로 출력한다.

전력 조절 장치(13)의 두 입력단 사이에 연결되어 있는 평활용 커패시터(Cdc)는 제2 스위칭 소자(Sbuck)로 인가되는 전류를 평활하며, 스캔 제어부(123)의 제1 스위칭 소자(Smppt)의 턴온 및 턴오프 상태에 따라 전하의 충전 및 방전이 이루어져 패널 출력전압(Vpv)의 스캔 동작이 이루어질 수 있도록 하여 전압 감지부(122)에 의한 패널 출력전압(Vpv)의 검출이 이루어지도록 한다.

이때, 평활용 커패시터(Cdc)의 방전 시정수(τ_discharge=Rmppt×Cdc)는 MPPT용 저항(Rmppt)의 저항값과 커패시터(Cdc)의 크기에 따라 정해지므로, MPPT용 저항(Rmppt)의 값에 따라 패널 출력전압(Vpv) 및 패널 출력전류(Ipv)의 스캔 동작이 이루어질 수 있는 시간인 스캔 시간(scanning time)이 정해진다.

이러한 MPPT용 저항(Rmppt)은 전력 조절 장치(13)의 제2 스위칭 소자(Sbuck)가 턴오프 상태일 때 평활용 커패시터(Cdc)에 충전된 전하의 방전 경로를 제공한다.

최대 전력점 추적 제어 장치(14)는 전류 감지부(121)와 전압 감지부(122)로부터 인가되는 패널 출력전류(Ipv)와 패널 출력전압(Vpv)을 인가받는 동작 제어부(141)와 동작 제어부(141)에 연결되어 있는 저장부(142)를 구비한다.

동작 제어부(141)는 정해진 시기에 제1 스위칭 소자(Smppt)를 턴온 시키거나 턴오프 시키기 위해 해당 상태의 제어 신호(Gmppt)를 제1 스위칭 소자(Smppt)의 제어 단자로 인가하여 제1 스위칭 소자(Smppt)의 동작을 제어한다.

동작 제어부(141)로부터 인가되는 제어 신호(Gmppt)에 따라 제1 스위칭 소자(Smppt)가 턴오프되면 전력 조절 장치(13)의 평활용 커패시터(Cdc)의 충전 동작이 이루어지고, 반대로 제1 스위칭 소자(Smppt)가 턴온되면 평활용 커패시터(Cdc)에 충전되어 있는 전하의 방전 동작이 이루어진다.

본 예의 경우, 전류 감지부(121)와 전압 감지부(122)에 의한 패널 출력전류(Ipv)와 패널 출력전압(Vpv)의 스캔 동작은, 위에 기재한 것처럼, 평활용 커패시터(Cdc)의 충전 시기에 이루어질 수 있지만 방전 시기에도 이루어질 수 있다.

이와 같이, 동작 제어부(141)는 정해진 최대 전력점 추적 주기마다 패널 출력전류(Ipv)와 패널 출력전압(Vpv)을 감지하고 이들 패널 출력전류(Ipv)와 패널 출력전압(Vpv)으로 전력의 크기를 산출하여 최대 전력점(MPP)을 추적하며, 추적된 최대 전력점(MPP)일 때의 패널 출력전압(Vpv)(즉, 최대전력 운전전압)을 기준 전압(Vref)으로서 전력 조절 제어부(15)로 출력한다.

저장부(142)는 최대 전력점 추적 제어 장치(14)의 동작에 필요한 데이터와 동작 중에 생성된 데이터 등이 저장되어 있다.

또한, 저장부(142)는 최대 전력점 추적 주기마다 감지한 출력전류(Ipv)와 패널 출력전압(Vpv)을 저장하여, 동작 제어부(141)에 의해 스캔 시간 동안 최대 전력점(MPP)의 추적 동작이 이루어질 수 있도록 한다.

전력 조절 제어부(15)는 최대 전력점 추적 제어부(14)의 동작 제어부(141)로부터 기준 전압(Vref)을 인가받고, 인가되는 기준 전압(Vref)에 따라 펄스폭 변조 신호(PWM)의 상태를 제어하여 전력 조절 장치(13)의 제2 스위칭 소자(Sbuck)로 출력한다.

이로 인해, 전력 조절 장치(13)는 제2 스위칭 소자(Sbuck)의 스위칭 상태에 따라 동작하여 발전 운전을 실시하게 된다.

이미 기술한 것처럼, 태양광 발전 시스템(100)의 최대 전력점 추적 동작을 위해 평활용 커패시터(Cdc)의 방전 동작을 이용하여 패널 출력전류(Ipv)와 패널 출력전압(Vpv)의 스캔 동작을 실시하거나 스캔 동작이 방전 동작 중에 안정적으로 이루어지지 못하는 경우 평활용 커패시터(Cdc)의 충전 동작을 이용하여 패널 출력전류(Ipv)와 패널 출력전압(Vpv)의 스캔 동작을 실시할 수 있다.

도 2는 평활용 커패시터(Cdc)의 방전 중에 행해지는 패널 출력전류(Ipv)와 패널 출력전압(Vpv)의 스캔 동작과 충전 중에 행해지는 패널 출력전류(Ipv)와 패널 출력전압(Vpv)의 스캔 동작을 비교하기 위한 그래프로서, 평활용 커패시터(Cdc)의 방전과 충전 중에 측정된 태양전지 패널(11)의 패널 출력전류(Ipv), 패널 출력전압(Vpv) 및 패널 전력(Ppv)의 측정 그래프이다.

방전 중의 스캔 동작(즉, 방전 스캔동작)은 태양전지 패널(11)이 개방 전압(Voc)까지 평활용 커패시터(Cdc)를 충전한 상태에서 MOSFET 반도체 스위치인 제1 스위칭 소자(Smppt)를 턴온시켜 평활용 커패시터(Cdc)를 방전시키는 중에 태양전지 패널(11)의 운전전압을 낮추어 가면서 태양전지 패널(11)의 출력 전압과 출력 전류인 패널 출력전압(Vpv)과 패널 출력전류(Ipv)을 측정하여 행해진다.

또한 충전 중의 스캔 동작(즉, 충전 스캔동작)은 평활용 커패시터(Cdc)가 방전된 상태에서 제1 스위칭 소자(Smppt)를 턴오프시켜 태양전지 패널(11)이 평활용 커패시터(Cdc)를 개방 전압(Voc)까지 충전시키는 중에 패양전지 패널의 패널 출력전압(Vpv)과 패널 출력전류(Ipv)을 측정하는 것으로 실시하였다.

도 2를 참고로 하면, 평활용 커패시터(Cdc)의 방전 시간(T_{c_Discharge})이 약 6ms이므로 방전 스캔동작은 제1 스위칭 소자(Smppt)가 턴온된 후 방전 시간(T_{c_Discharge})인 약 6ms 동안 이루어졌고, 반면에 평활용 커패시터(Cdc)의 충전 시간(T_{c_Charge})이 약 40ms이므로 충전 스캔동작은 제1 스위칭 소자(Smppt1)가 턴오프된 후 충전 시간(T_{c_Charge})인 약 40ms 동안의 이루어졌음을 알 수 있었다.

이처럼, 평활용 커패시터(Cdc)의 충전 시간(T_{c_Charge})이 방전 시간(T_{c_Discharge})보다 훨씬 길어 충전 스캔 동작을 위한 스캔 시간이 방전 스캔동작을 위한 스캔시간보다 길다.

스캔시간이 짧으면 태양전지 패널(11)이 최대 전력점 추적 동작을 수행하기 위하여 태양광 발전 시스템(100)의 발전 운전을 정지시키는 시간이 감소하여 상대적으로 태양광 발전 시스템(100)의 발전 효율이 높아질 수 있으나, 최대 전력점 추적 동작이 부정확하게 이루어질 수 있어 최대 전력점 추적 동작의 효율이 낮아져서 결과적으로 태양광 발전 시스템(100)의 전체 발전 효율이 낮아질 수 있다.

반대로, 스캔시간이 너무 길어지면 최대 전력점 추적 동작을 위한 추적시간에 여유가 있어서 상대적으로 최대 전력점 추적의 정확도가 향상되지만, 최대 전력점 추적 동작을 위한 발전 정지 시간이 상대적으로 증가하여 태양광 발전 시스템(100)의 발전효율이 떨어질 수 있다.

따라서 스캔시간은 태양전지 패널(11)의 전류(I)-전압(V) 특성 곡선을 추출하기에 충분하면서도 가능한 짧은 시간인 것이 좋다.

예를 들어, 태양전지 패널(11)의 종류와 크기에 따라 가변되지만, 방전 스캔동작과 충전 스캔동작을 위한 스캔시간은 대략 10ms 내지 50ms인 것이 좋다.

한 예로, 스캔시간이 10ms이고 최대 전력점 추적 주기(Pmppt)가 10초인 경우, 최대 전력점 추적 동작으로 인한 발전운전 정지 손실에 따란 태양광 발전 시스템(100)의 효율(η)은 다음과 같다.

또한, 스캔시간이 50ms이고 최대 전력점 추적 주기(Pmppt)가 10초인 경우, 최대 전력점 추적 동작으로 인한 발전운전 정지 손실에 따란 태양광 발전 시스템(100)의 효율(η)은 다음과 같다.

그러나, 본 실시예는 최대 전력점을 정확하게 검출하고 안정된 발전운전을 하므로 태양광 발전 시스템의 발전손실을 증가시키지 않고 발전 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시예의 태양광 발전 시스템(100)은 그림자 등에 의해서 태양전지 패널(11)에 여러 개의 전력 극대점이 존재하는 경우에도, 전체적인 전력(P)-전압(V) 곡선을 스캔하는 전압의 범위가 증가하므로 정확히 최대 전력점을 찾아 발전 운전이 이루어지도록 한다.

기존의 Perturb and Observe(P&O) 알고리즘과 같은 경사법은 여러 개의 전력 극대점이 형성된 형성된 경우에 처음 검색된 전력 극대점을 중심으로 하여 최대 전력점 추적 동작이 이루어지는 지역적 극대점(Local maximum)에 빠져서 나오지 못하므로 실제 최대 전력점을 추적하지 못하는 문제가 있었다.

하지만, 본 실시예의 태양광 발전 시스템(100)은 정해진 주기마다 최대 전력점 추적 동작이 이루어져 안정적인 태양광 발전 시스템(100)의 발전 동작이 이루어지고, 커패시터의 충전 또는 방전 동작을 이용하여 최대 전력점 스캔 범위가 정해지므로, 기존의 경우보다 스캔 범위가 크게 증가하게 되어 전력 극대점이 여러 개 형성되더라고 효율적이고 안정적으로 최대 전력점 추적 동작이 이루어진다. 도 3은 태양전지 패널(11)에 형성된 그림자(SH11)에 의하여 다중 전력 극대점이 형성된 태양전지 패널(11)에 대한 최대 전력점 추적 동작에 대한 시험 결과를 도시한 것으로서, 도 3의 (a)는 태양전지 패널(11) 중 어느 한 태양전지 모듈(111)에 그림자(SH11)가 형성된 경우를 도시한 도면이고, 도 3의 (b)는 태양전지 패널(11)의 스캔결과인 전류(I)-전압(V) 특성 곡선과 전력(P)-전압(V) 특성 곡선은 도시한다.

[표 1]에는 실험에 사용된 태양전지 모듈과 태양전지 패널의 데이터를 나타낸다. 실험에 사용된 태양전지 모듈은 총 2개로서, 세 개의 태양전지 모듈(111)이 직렬로 연결된 두 개의 태양전지 어레이가 서로 병렬 연결되어 있는 구조(3S2P)이다.

태양전지 패널	태양전지 모듈(6개)
		1EA	3S2P
정격출력(Rated Power)(Pmax)	325W	1,950W
정격출력 시의 전압(Vmp)	37.3V	111.9V
정격출력 시의 전류(Imp)	8.72A	17.44A
동작전압(Operating Voltage)	25~47V	70V~142V
단락전류(short-circuit Current)(Isc)	9.20A	19.4A
개방전압(open-circuit Voltage)(Voc)	47.3V	142.2V

도 3의 (a)의 경우 도 3의 (b)와 같이 개의 전력 극대점(MP1, MP2)가 존재할 때, 최대 전력점 추적을 위한 기존의 경사 탐색방법은 전력 극대점(MP1)에서 빠져 나올 수 없어서 실질적으로 최대 전력점(MP2)을 추적할 수 없게 되어, 최대 전력점(MP2)일 때의 전압(V_MP2)이 아닌 전력 극대점(MP1)일 때의 전압(V_MP1)을 기준전압(Vref)으로 이용하여 태양광 발전 시스템의 발전 동작이 이루어지므로, 발전 효율이 감소하게 된다.

하지만, 본 실시예의 경우, 최대 전력점 추적 동작 중에 최대 전력점(MP2)으로의 이동이 신속하게 이루어지므로 정상적으로 최대 전력점(MP2)의 추적이 이루어져 태양광 발전 시스템의 동작은 최대 전력점(MP2)일 때의 전압(V_MP2)을 기준전압(Vref)으로 이용하여 태양광 발전 시스템의 발전 동작이 이루어져 최대 출력 전력을 생산하게 된다.

다음, 도 4 내지 도 14를 참고로 하여, 이러한 구조를 갖는 태양광 발전 시스템(100)에서 평활용 커피시터(Cdc)의 방전 동작이나 충전 동작을 이용한 최대 전력점 추적 동작의 다양한 예를 설명한다.

먼저, 도 4 및 도 5을 참고로 하여, 평활용 커패시터(Cdc)의 방전을 이용한 태양광 발전 시스템(100)의 최대 전력점 추적 동작을 설명한다.

도 4에 도시한 평활용 커패시터(Cdc)의 방전을 이용한 태양광 발전 시스템(100)의 최대 전력점 추적 동작은 평활용 커패시터(Cdc)의 충전 시간인 스캔 시간(Tscan)을 이용한 것이다.

이러한 도 4의 예에서, 최대 전력점 추적 제어부(14)에 의한 최대 전력점 추적 동작은 미리 정해진 주기(즉, 최대 전력점 추적 주기)(Pmppt)마다 행해지며, 최대 전력점 추적 주기(Pmppt)는 약 1초 내지 5초일 수 있다.

최대 전력점 추적 주기(Tmppt)가 되면 최대 전력점을 찾기 위한 스캔 시간(Tscan) 동안 스캔 주기(Pscan)마다 패널 출력전류(Ipv)과 패널 출력전압(Vpv)을 감지한다.

이때, 스캔 시간(Tscan)은 약 20ms일 수 있고 스캔 주기(Pscan)는 약 0.1 내지 1ms 일수 있다. 이 경우, 매 스캔 주기마다 검출하기 위한 패널 출력전류(Ipv)과 패널 출력전압(Vpv)의 검출 횟수는 검출 횟수는 200회(=Tscan/Pscan)이다.

도 4에 도시한 것처럼, 태양광 전력 시스템(100)의 동작에 필요한 전원이 공급되어 태양광 전력 시스템(100)의 동작이 시작되면, 최대 전력점 추적 제어부(14)의 동작 제어부(141)의 동작 역시 시작된다(S10).

따라서, 동작 제어부(141)는 도시하지 않는 타이머(timer)에서 출력되는 시간 정보를 이용하여 최대 전력점 추적 주기(Pmppt)가 도래했는지 판단한다(S11).

최대 전력점 추적 주기(Pmppt)가 도래하면, 동작 제어부(141)는 전력 조절 제어부(15)로 구동 중지 상태의 구동 제어 신호를 출력하고(S12), 또한 제1 스위칭 소자(Smppt)의 제어 단자로 턴오프 상태의 제어 신호를 출력한다(S13).

최대 전력점 추적 제어부(14)로부터 구동 중지 상태의 구동 제어 신호가 입력되면, 전력 조절 제어부(15)는 전력 조절 장치(13)의 제2 스위칭 소자(Sbuck)로 턴오프 상태의 제어 신호로 출력하여, 전력 조절 장치(13)의 동작을 중지시킨다.

따라서, 제2 스위칭 소자(Sbuck) 후단에 위치한 소자 즉, 리액터(Lf), 커패시터(Cf) 및 다이오드(Df)는 태양 전지 패널(11)과의 전기적 연결이 단절되고, 제2 스위칭 소자(Sbuck)의 전단에 위치한 평활용 커패시터(Cdc)만 태양 전지 패널(11)과 전기적으로 연결된다.

또한, 최대 전력점 추적 제어부(14)의 제어부(141)로부터 인가되는 턴오프 상태의 제어 신호에 의해 제1 스위칭 소자(Smppt) 역시 턴오프 상태가 된다.

이와 같이, 두 개의 스위칭 소자(Smppt, Sbuck)가 모두 턴오프 상태가 되면, 태양 전지 패널(11)과 전기적인 연결 상태를 유지하고 있는 평활용 커패시터(Cdc)는 태양 전지 패널(11)에서 출력되는 전압에 의해 충전 동작이 이루어지고, 이때, 평활용 커패시터(Cdc)는 개방 전압(Voc)까지 충전된다.

이처럼, 제1 스위칭 소자(Smppt)로 턴오프 상태의 제어신호(Gmppt)를 출력하여 제1 스위칭 소자(Smppt)를 턴오프시켜 평활용 커패시터(Cdc)의 충전이 시작되도록 한 후, 동작 제어부(141)는 제1 스위칭 소자(Smppt)로 턴오프 상태의 제어 신호(Gmppt)를 출력한 후 설정 시간이 경과했는지 판단한다(S14).

이때, 설정 시간은 평활용 커패시터(Cdc)의 충전 시간을 기초로 하여 정해지며, 평활용 커패시터(Cdc)의 충전 시간과 동일할 수 있다.

따라서, 설정시간 동안 제1 및 제2 스위칭 소자(Smppt, Sbuck)가 턴오프 상태를 유지하면 평활용 커패시터(Cdc)는 원하는 상태인 개방전압(Voc)까지 충전이 완료될 수 있다.

그런 다음, 설정 시간이 경과한 상태로 판단되면(S14), 동작 제어부(141)는 평활용 커패시터(Cdc)의 충전 동작이 완료된 상태로 판단하여 미리 정해져 있는 스캔 시간(Tscan) 동안 제1 스위칭 소자(Smppt)의 제어 단자로 턴온 상태의 제어 신호(Gmppt)를 출력한다(S16).

이와 같이, 동작 제어부(141)의 제어 동작에 의해 제1 스위칭 소자(Smppt)가 턴오프 상태에서 턴온 상태로 전환되면, 평활용 커패시터(Cdc)에 충전되어 있던 전하는 MPPT용 저항(Rmppt)과 턴온 상태의 제1 스위칭 소자(Smppt)를 통해 방전이 시작된다.

이러한 평활용 커패시터(Cdc)의 방전 동작에 의해 태양 전지 패널(11)의 패널 출력전압(Vpv)은 평활용 커패시터(Cdc)의 최대 충전 상태인 개방전압(Voc)에서부터 서서히 하강하게 된다.

이처럼, 제1 스위칭 소자(Smppt)가 턴오프에서 턴온 상태로 변환되어 평활용 커패시터(Cdc)의 방전 동작이 시작되면, 동작 제어부(141)는 최대 전력점 추적 동작 루틴(S16)으로 넘어간다.

따라서, 동작 제어부(141)는 스캔 시간(Tscan) 동안 정해진 스캔 주기(Pscan)마다 전류 감지부(121)와 전압 감지부(122)로부터 인가되는 신호를 각각 판독하여 현재의 패널 출력전류(Ipv)와 패널 출력전압(Vpv)을 판정하여 저장부(142)에 저장한다(S161).

다음, 동작 제어부(141)는 현재의 패널 출력전류(Ipv)와 패널 출력전압(Vpv)을 곱하여 현재 패널 전력(Pnew)을 산출한다(S162).

현재 패널 전력(Pnew)이 산출되면(S162), 동작 제어부(141)는 저장부(142)에 저장되어 있는 바로 이전 단계에서 산출된 이전 패널 전력(Pold)을 읽어와 현재 패널 전력(Pnew)과 이전 패널 전력(Pold)의 크기를 비교한다(S163).

따라서, 현재 패널 전력(Pnew)이 이전 패널 전력(Pold)보다 큰 경우(S153), 동작 제어부(141)은 저장부(142)에 저장되어 있는 현재의 패널 출력전압(Vpv)을 현재의 최대 전력점 전압(Vmpp)으로서 저장부(142)에 저장한다(S164).

그런 다음, 현재 패널 전력(Pnew)을 이전 패널 전력(Pold)으로서 저장부(142)에 저장한다(S165).

하지만, 단계(S153)에서 현재 패널 전력(Pnew)이 이전 패널 전력(Pold)보다 크지 않는 경우, 동작 제어부(141)은 저장부(142)에 저장되어 있는 최대 전력점 전압(Vmpp)을 현재의 패널 출력전압(Vpv)으로 변경하지 않고 그대로 유지한 채, 현재 패널 전력(Pnew)을 이전 패널 전력(Pold)으로서 저장부(142)에 저장하여, 이전 패널 전력(Pold)을 변경한다(S165).

이러한 동작 제어부(141)는, 이미 기술한 것처럼, 스캔시간(Tscan)동안 스캔 주기(Pscan)가 되며 다시 단계(S161)로 넘어가 전류 감지부(121)와 전압 감지부(122)를 이용해 현재의 패널 출력전류(Ipv)와 패널 출력 전압(Vpv)을 판정한 후 현재 패널 전력(Pnew)을 산출하여 이전 패널 전력(Pold)과의 비교 동작을 통해 현 단계에서의 최대 전력점 전압(Vmpp)을 판정한다.

이러한 동작을 통해, 스캔 시간(Tscan)이 경과하면(S15), 동작 제어부(141)는 제1 스위칭 소자(Smppt)의 제어 단자로 인가되는 제어 신호(Gmppt)의 상태를 턴오프 상태로 변경하여 제1 스위칭 소자(Smppt)를 턴오프시켜 최대 전력점 추적 동작을 위한 스캔 동작을 종료시킨다(S17).

그런 다음, 동작 제어부(141)는 전력 조절 제어부(15)로 구동 상태의 구동 제어 신호를 출력하고(S18), 저장부(142)에 저장되어 있는 현재의 최대 전력점 전압(Vmpp) 기준전압(Vref)으로 판정하여, 판정된 기준전압(Vref)을 전력조절 제어부(15)로 출력한다(S19).

따라서, 최대 전력점 추적 동작을 위해 잠시 동작이 중지되었던 전력조절 제어부(15)는 추적 제어장치(140)의 동작 제어부(141)로부터 인가되는 구동 제어 신호에 의해 동작이 재개된다.

이로 인해, 최대 전력점 추적 제어장치(14)로부터 인가되는 기준 전압(Vvef)을 이용하여 펄스폭 변조 동작을 실시해 해당 상태의 펄스폭 변조 신호(PWM)를 제2 스위칭 소자(Sbuck)의 제어 단자로 인가하여 전력 조절 장치(13)의 동작이 이루어지도록 한다.

이와 같이, 도 4의 경우, 평활용 커패시터(Cdc)의 방전 시간을 고려하여 스캔 시간(Tscan)을 정하여 정해진 스캔 시간(Tscan) 동안 패널 출력전류(Ipv)와 패널 출력전압(Vpv)을 스캔 동작을 실시하여 최대 전력점 추적 동작을 실시한다.

도 4의 경우, 동작 제어부(141)는 최대 전력점 추적 루틴(S15) 동안 매 단계마다 현재 패널 전력(Pnew)과 이전 패널 전력(Pold)을 비교하여 최대 전력점 전압(Vmpp)를 정한다.

하지만, 다른 예로서 검출값의 노이즈 성분을 필터링하기 위하여, 현 단계에서 산출된 패널 전력과 바로 이전 단계에서의 패널 전력의 평균값을 산출하여 현재 평균 패널 전력을 구하고, 산출된 현재 평균 패널 전력과 바로 이전의 평균 패널 전력을 비교하여 최대 전력점을 판정하고, 판정된 최대 전력점에 대응하는 패널 출력전압(Vpv) 또는 최대 전력점에 대응하는 평균 패널 전력에 대응하는 두 패널 출력전압의 평균값인 평균 패널 출력전압을 최대 전력점 전압(Vmpp)으로서 정할 수 있다.

또한, 본 예와는 달리, 정해진 스캔 시간(Tscan) 동안 정해진 스캔 주기(Tscan)마다 패널 출력전압(Vpv)과 패널 출력전류(Ipv)을 판정하고 패널 전력(또는 평균 패널 전력)을 산출하여 모두 저장부(142)에 저장한 후, 스캔 시간(Tscan)동안 산출된 복수의 패널 전력(또는 평균 패널 출력) 중에서 가장 큰 크기를 갖는 패널 전력(또는 평균 패널 전력)을 판정하고 그때의 패널 출력전압(Vpv)(또는 평균 패널 출력전압)을 최대 전력점 전압(Vmpp)으로 판정해 기준 전압(Vref)으로서 전력 조절 제어부(15)로 출력할 수 있다.

다음, 도 5를 참고로 하여, 본 예의 태양광 발전 시스템(100)에서 평활용 커패시터(Cdc)의 방전을 이용한 최대 전력점 추적 제어 장치(14)의 다른 예를 설명한다.

본 예의 경우, 도 4와는 달리, 전압 감지부(122)에 의해 감지된 패널 출력전압(Vpv)의 크기를 설정 전압(Vmax, Vmin)과 비교하여 평활 커패시터(Cdc)의 방전 상태를 판정해 패널 출력전류(Ipv)와 패널 출력전압(Vpv)을 스캔 동작을 실시한다.

본 예에서도 최대 전력점 추적 주기(Pmppt)는 약 1초 내지 5초일 수 있다.

도 5을 참고로 하면, 최대 전력점 추적 제어부(14)의 동작 제어부(141)의 동작이 시작되면(20), 동작 제어부(141)는 최대 전력점 추적 주기(Pmppt)가 도래했는지 판단한다(S21).

최대 전력점 추적 주기(Pmppt)가 도래한 상태로 판단되면(S21), 동작 제어부(141)는 전력 조절 제어부(15)로 구동 중지 상태의 구동 제어 신호를 출력하여 전력 조절 장치(13)의 동작을 중지시키고(S22), 제1 스위칭 소자(Smppt)의 제어 단자로 턴오프 상태의 제어 신호를 출력한다(S23).

그런 다음, 동작 제어부(141)는 전압 감지부(142)로부터 인가되는 신호를 판독하여 현재의 패널 출력전압(Vpv)을 판정하여(S24), 판정된 패널 출력전압(Vpv)이 최대 전압(Vmax) 보다 큰지 판단한다(S25).

이때, 최대 전압(Vmax)은 평활용 커패시터(Cdc)의 충전 완료 상태를 고려하여 정해진 전압으로서 평활용 커패시터(Cdc)의 용량을 기초로 정해질 수 있다. 따라서, 판단된 패널 출력전압(Vpv)이 설정된 최대 전압(Vmax)을 초과한 상태이면, 동작 제어부(141)는 평활 커패시터(Cdc)의 충전 상태가 정해진 상태(예, 충전이 완료된 상태)에 도달한 것으로 판정한다.

따라서, 현재의 패널 출력전압(Vpv)가 최대 전압(Vmax)보다 크지 않을 경우(S25), 동작 제어부(141)는 평활 커패시터(Cdc)의 충전이 정해진 상태까지 이루어지지 않는 상태로 판단하여 다시 단계(S24)로 넘어가 전압 감지부(122)를 이용하여 패널 출력전압(Vpv)을 판단한다.

하지만, 현재의 패널 출력전압(Vpv)가 최대 전압(Vmax)보다 크면, 동작 제어부(141)는 이미 설명한 것처럼 평활 커패시터(Cdc)의 충전 상태가 정해진 상태까지 도달한 것으로 판정하여 평활 커패시터(Cdc)의 방전 동작을 이용한 최대 전력점 추적 동작을 실시한다.

따라서, 동작 제어부(141)는 제1 스위칭 소자(Smppt)의 제어 단자로 온 상태의 제어 신호(Gmppt)를 출력하여 제1 스위칭 소자(Smppt)를 턴온시켜(S26), 평활 커패시터(Cdc)의 충전 전하가 방전되도록 한다.

이처럼, MPPT용 저항(Rmppt)와 턴온된 제1 스위칭 소자(Smppt)를 통해 평활 커패시터(Cdc)의 방전 동작이 이루어지면, 동작 제어부(141)는 전류 감지부(121)와 전압 감지부(122)에서 출력되는 신호를 이용하여 현재의 패널 출력전류(Ipv)와 패널 출력전압(Vpv)을 판정해 저장부(142)에 저장한다(S27).

그런 다음, 동작 제어부(141)는 현재의 패널 출력전류(Ipv)와 패널 출력전압(Vpv)을 곱하여 현재 패널 전력(Pnew)을 산출한 후(S28), 현재 패널 전력(Pnew)과 이전 패널 전력(Pold)을 비교한다(S29).

현재 패널 전력(Pnew)이 이전 패널 전력(Pold)보다 크면(S29), 동작 제어부(141)은 저장부(142)에 저장되어 있는 현재의 패널 출력전압(Vpv)을 최대 전력점 전압(Vmpp)으로서 저장부(142)에 저장한다(S210).

그런 다음, 현재 패널 전력(Pnew)을 이전 패널 전력(Pold)으로서 저장부(142)에 저장한다(S211).

하지만, 단계(S29)에서 현재 패널 전력(Pnew)이 이전 패널 전력(Pold)보다 크지 않는 경우, 동작 제어부(141)은 최대 전력점 전압(Vmpp)을 현재의 패널출력전압(Vpv)으로 변경하지 않고 현재 패널 전력(Pnew)을 이전 패널 전력(Pold)으로만 변경하여 저장부(142)에 저장한다(S211).

그런 다음, 동작 제어부(141)는, 단계(S27)에서 판정된 현재의 패널 출력전압(Vpv)이 최소 전압(Vmin)보다 작은 지 판단한다(S212).

이때, 최소 전압(Vmin)은 역시 평활 커패시터(Cdc)의 용량을 기초로 하여 정해질 수 있고, 평활용 커패시터(Cdc)의 방전 완료 완료 상태를 고려하여 정해진 전압이다. 따라서, 판단된 패널 출력전압(Vpv)이 설정된 최소 전압(Vmin)보다 작으면, 동작 제어부(141)는 평활용 커패시터(Cdc)의 방전 동작이 정해진 상태(예, 방전이 완료된 상태)까지 진행된 상태로 판정한다.

따라서, 현재의 패널 출력전압(Vpv)이 최소 전압(Vmin)보다 작은 경우(S212), 동작 제어부(141)는 현재의 최대 전력점 추적 주기(Pmppt)에서의 최대 전력점 추적 동작을 중지한다.

이로 인해, 현재의 패널 출력전압(Vpv)이 최소 전압(Vmin)보다 작은 경우(S212), 동작 제어부(141)는 제1 스위칭 소자(Smppt)로 인가되는 제어 신호(Gmppt)의 상태를 턴오프 상태로 변경하여 제1 스위칭 소자(Smppt)를 턴오프시키고(S213), 전력 조절 제어부(15)로 구동 상태의 구동 제어 신호를 출력한다(S214).

그런 다음, 동작 제어부(141)는 저장부(142)에 저장되어 있는 현재의 최대 전력점 전압(Vmpp) 기준전압(Vref)으로 전력조절 제어부(15)로 출력한다(S215).

이로 인해, 전력 조절 제어부(15)는 인가된 기준 전압(Vref)를 이용해 전력 조절 장치(13)의 동작을 제어한다.

다음, 동작 제어부(141)는 타이머의 시간 정보를 이용하여 새로운 최대 전력점 추적 주기(Pmppt)가 도래했는지를 판단하고(S21), 해당 시기에 최대 전력점 추적 동작을 실시한다.

하지만, 현재의 패널 출력전압(Vpv)이 최소 전압(Vmin) 이상인 경우, 동작 제어부(141)는 평활용 커패시터(Cdc)의 방전 상태가 설정된 상태까지 도달하지 않는 상태로 판단한다.

따라서, 동작 제어부(141)는 단계(S27)로 넘어가 최대 전력점 추적 동작을 위해 전류 감지부(121)와 전압 감지부(122)를 이용하여 현재의 패널 출력전류(Ipv)와 패널 출력전압(Vpv)을 판정한다.

다음, 도 6 및 도 7를 참고로 하여, 평활용 커피시터(Cdc)의 충전 동작을 이용한 최대 전력점 추적 동작에 대하여 설명한다.

도 6에 도시한 예는 평활용 커패시터(Cdc)의 충전 시간을 기초해 정해진 스캔 시간을 이용한 것이고, 도 7에 도시한 예는 설정된 최소 전압(Vmin1)과 최대 전압(Vmax2)을 이용한 평활용 커패시터(Cdc)의 충전 상태를 이용한 것이다.

이러한 도 6과 도 7의 동작은 각각 도 4와 도 5의 동작과 유사하다.

본 예의 경우에도 최대 전력점 추적 주기(Pmppt)는 약 1초 내지 5초일 수 있고, 스캔 시간(Tscan)은 약 20ms일 수 있으며, 스캔 주기(Pscan)는 약 0.1 내지 1ms 일수 있다.

먼저, 도 6을 참고로 하면, 최대 전력점 추적 제어부(14)의 동작 제어부(141)의 동작이 시작되면(S30), 최대 전력점 추적 주기(Pmppt)가 도래했는지 판단하고(S31), 최대 전력점 추적 주기(Pmppt)가 도래하면(S31), 동작 제어부(141)는 전력 조절 제어부(15)로 구동 중지 상태의 구동 제어 신호를 출력하며(S32), 제1 스위칭 소자(Smppt)의 제어 단자로 턴온 상태의 제어 신호(Gmppt)를 출력한다(S33).

다음, 동작 제어부(141)는 설정 시간(예, 제2 설정시간)이 경과했는지 판단한다(S34).

이때, 설정 시간은 평활용 커패시터(Cdc)의 방전 시간을 기초하여 정해진다.

따라서, 제1 스위칭 소자(Smppt)가 턴온된 후 설정 시간이 경과한 상태로 판단되면, 즉 평활용 커패시터(Cdc)의 방전 동작이 정해진 상태까지 행해진 상태로 판단되면(S34), 동작 제어부(141)는 스캔 시간(Tscan1) 동안 제1 스위칭 소자(Smppt)의 제어 단자로 오프 상태의 제어 신호(Gmppt)를 출력하여(S35), 평활용 커패시터(Cdc)의 충전 동작이 이루어지도록 한다.

이때, 전력 조절 장치(13)의 제2 스위칭 소자(Sbuck)는, 이미 설명한 것처럼, 조절 조절 제어부(15)의 제어에 의해 오프 상태를 유지하므로 평활용 커패시터(Cdc)를 제외한 전력 조절 장치(13)의 다른 구성요소의 동작은 이루어지지 않는다.

따라서, 제1 스위칭 소자(Smppt)가 턴온 상태에서 턴오프 상태로 전환되면, 평활용 커패시터(Cdc)는 충전 동작이 시작되어 평활용 커패시터(Cdc)의 충전 전압은 '0'에서부터 서서히 증가하게 된다.

이와 같이, 제1 스위칭 소자(Smppt)의 충전 동작이 시작되면 동작 제어부(141)의 동작이 최대 전력점 추적 동작 루틴(S36)으로 넘어가서, 스캔 시간(Tscan1) 동안 정해진 스캔 주기(Pscan1)마다 전류 감지부(121)와 전압 감지부(122)를 이용한 현재의 패널 출력전류(Ipv)와 패널 출력전압(Vpv)을 이용하여 최대 전력점 추적 동작을 실시한다.

즉, 동작 제어부(141)는 전류 감지부(121)와 전류 감지부(122)로부터 인가되는 신호를 이용하여 현재의 패널 출력전류(Ipv)와 패널 출력전압(Vpv)를 판정하고(S361), 판정된 패널 출력전류(Ipv)와 패널 출력전압(Vpv)을 이용하여 현재 패널 전력(Pnew)을 산출한다(S362).

현재 패널 전력(Pnew)이 산출되면(S362), 동작 제어부(141)는 이전 패널 전력(Pold)과 현재 패널 전력(Pnew)을 비교한다(S363).

따라서, 현재 패널 전력(Pnew)이 이전 패널 전력(Pold)보다 큰 경우(S363), 동작 제어부(141)은 저장부(142)에 저장되어 있는 현재의 패널 출력전압(Vpv)을 현재의 최대 전력점 전압(Vmpp)으로서 저장부(142)에 저장한다(S364).

그런 다음, 동작 제어부(141)는 현재 패널 전력(Pnew)을 이전 패널 전력(Pold)으로서 저장부(142)에 저장한다(S365).

하지만, 단계(S363)에서 현재 패널 전력(Pnew)이 이전 패널 전력(Pold)보다 크지 않으면, 동작 제어부(141)은 바로 단계(S365)로 넘어가 현재 패널 전력(Pnew)을 이전 패널 전력(Pold)으로 저장부(142)에 저장한다.

이러한 동작 제어부(141)의 동작은 스캔시간(Tscan1)동안 스캔 주기(Pscan1)마다 실시된다.

스캔 시간(Tscan1)이 경과하면, 동작 제어부(141)는 전력 조절 제어부(15)로 구동 상태의 구동 제어 신호를 출력한 후(S37), 스캔 시간(Tscan1) 시간 동안 현재 패널 전력(Pnew)과 이전 패널 전력(Pold)과의 비교 동작에 위해 정해진 현재의 최대 전력점 전압(Vmpp)을 기준 전압(Vref)으로 전력 조절 제어부(15)로 출력한다(S38).

따라서, 전력 조절 제어부(15)는 인가되는 기준 전압(Vref)에 따라 제2 스위칭 소자(Sbuck)로 인가되는 펄스폭 변조 신호(PWM)의 상태를 제어하여 전력 조절 장치(13)의 동작이 이루어지도록 한다.

본 예의 경우에도, 도 4의 경우와 같이, 현재 평균 패널 전력과 바로 이전의 평균 패널 전력을 비교하여 최대 전력점을 판정하고, 판정된 최대 전력점에 대응하는 패널 출력전압(Vpv) 또는 최대 전력점에 대응하는 평균 패널 전력에 대응하는 두 패널 출력전압의 평균값인 평균 패널 출력전압을 최대 전력점 전압(Vmpp)으로서 정할 수 있다.

또한, 정해진 스캔 시간(Tscan1) 동안 정해진 스캔 주기(Tscan1)마다 패널 출력전압(Vpv)과 패널 출력전류(Ipv)을 판정하고 패널 전력(또는 평균 패널 전력)을 산출하여 저장부(142)에 저장한 후, 스캔 시간(Tscan1)동안 산출된 복수의 패널 전력(또는 평균 패널 출력) 중에서 가장 큰 크기를 갖는 패널 전력(또는 평균 패널 전력)을 판정하고 그때의 패널 출력전압(Vpv)(또는 평균 패널 출력전압)을 최대 전력점 전압(Vmpp)으로 판정해 기준 전압(Vref)으로서 전력 조절 제어부(15)로 출력할 수 있다.

다음, 도 7을을 참고로 하여, 본 예의 태양광 발전 시스템(100)에서 평활용 커패시터(Cdc)의 충전 동작을 이용한 최대 전력점 추적 제어 장치(14)의 동작에 대한 다른 예를 설명한다.

도 7을 참고로 하면, 최대 전력점 추적 제어부(14)의 동작 제어부(141)의 동작이 시작되면(S40), 동작 제어부(141)는 최대 전력점 추적 주기(Pmppt)가 도래했는지 판단한다(S41).

최대 전력점 추적 주기(Pmppt)가 도래한 상태로 판단되면(S41), 동작 제어부(141)는 전력 조절 제어부(15)로 구동 중지 상태의 구동 제어 신호를 출력하여 전력 조절 장치(13)의 동작을 중지시키고(S42), 제1 스위칭 소자(Smppt)의 제어 단자로 턴온 상태의 제어 신호를 출력하여(S43), 평활용 커패시터(Cdc)가 방전 동작을 실시하도록 한다.

그런 다음, 동작 제어부(141)는 전압 감지부(122)로부터 인가되는 신호를 판독하여 현재의 패널 출력전압(Vpv)을 판정하여(S44), 판정된 패널 출력전압(Vpv)이 최소 전압(Vmin1) 보다 작은지 판단한다(S45).

이때, 최소 전압(Vmin1)은 평활용 커패시터(Cdc)의 방전 완료 상태를 고려하여 정해진 전압으로서 평활용 커패시터(Cdc)의 용량을 기초로 정해질 수 있다. 따라서, 판단된 패널 출력전압(Vpv)이 설정된 최소 전압(Vmin1)보다 작으면, 동작 제어부(141)는 평활 커패시터(Cdc)의 방전 상태가 정해진 상태, 예를 들어, 방전 동작이 완료된 상태로 판정한다.

따라서, 현재의 패널 출력전압(Vpv)이 최소 전압(Vmin1) 이상이면(S45), 동작 제어부(141)는 평활 커패시터(Cdc)의 방전이 정해진 상태까지 이루어지지 않는 상태로 판단하여 다시 단계(S44)로 넘어가 전압 감지부(122)를 이용하여 패널 출력전압(Vpv)을 판단한다.

하지만, 현재의 패널 출력전압(Vpv)이 최소 전압(Vmin1)보다 작으면(S45), 동작 제어부(141)는 이미 설명한 것처럼 평활 커패시터(Cdc)의 방전 상태가 정해진 상태까지 이루어진 상태이므로 평활 커패시터(Cdc)의 충전 동작을 이용한 최대 전력점 추적 동작을 실시한다.

따라서, 동작 제어부(141)는 제1 스위칭 소자(Smppt)의 제어 단자로 오프 상태의 제어 신호(Gmppt)를 출력하여 제1 스위칭 소자(Smppt)를 턴오프시켜(S46), 전력 조절 장치(13)의 평활 커패시터(Cdc)의 충전 동작이 이루어지도록 한다.

다음, 동작 제어부(141)는 전류 감지부(121)와 전압 감지부(122)에서 출력되는 신호를 이용하여 현재의 패널 출력전류(Ipv)와 패널 출력전압(Vpv)을 판정해 저장부(142)에 저장하고(S47), 현재의 패널 출력전류(Ipv)와 패널 출력전압(Vpv)을 곱하여 현재 패널 전력(Pnew)을 산출한 후(S48), 현재 패널 전력(Pnew)과 이전 패널 전력(Pold)을 비교한다(S49).

현재 패널 전력(Pnew)이 이전 패널 전력(Pold)보다 크면(S49), 동작 제어부(141)은 현재의 패널 출력전압(Vpv)을 최대 전력점 전압(Vmpp)으로서 저장부(142)에 저장한다(S410).

다음, 동작 제어부(141)는 현재 패널 전력(Pnew)을 이전 패널 전력(Pold)으로서 저장부(142)에 저장한다(S411).

하지만, 단계(S49)에서 현재 패널 전력(Pnew)이 이전 패널 전력(Pold)보다 크지 않는 것으로 판단되면, 동작 제어부(141)은 최대 전력점 전압(Vmpp)을 이전 상태로 유지한 후 현재 패널 전력(Pnew)을 이전 패널 전력(Pold)으로 변경하여 저장부(142)에 저장한다(S411).

그런 다음, 동작 제어부(141)는, 단계(S47)에서 판정된 현재의 패널 출력전압(Vpv)이 최대 전압(Vmax1)보다 큰지 판단한다(S412).

이때, 최대 전압(Vmax1) 역시 평활 커패시터(Cdc)의 용량을 기초로 하여 정해질 수 있고, 평활용 커패시터(Cdc)의 충전 완료 상태를 고려하여 정해진 전압이다. 따라서, 판단된 패널 출력전압(Vpv)이 설정된 최대 전압(Vmax1)보다 크면, 동작 제어부(141)는 평활용 커패시터(Cdc)의 충전 동작이 정해진 상태(예, 충전 완료 상태)에 도달한 것으로 판정한다.

따라서, 현재의 패널 출력전압(Vpv)이 최대 전압(Vmax1)보다 크면(S412), 동작 제어부(141)는 최대 전력점 검색 동작을 중지하고 전력 조절 장치(13)의 동작으로 전력을 생성하도록 한다.

따라서, 동작 제어부(141)는 전력 조절 제어부(15)로 구동 상태의 구동 제어 신호를 출력하고(S413), 현재의 최대 전력점 전압(Vmpp)을 기준 전압(Vref)으로서 전력 조절 제어부(15))로 출력한다(S414).

다음, 동작 제어부(141)는 단계(S41)로 넘어가 타이머의 시간 정보를 이용하여 새로운 최대 전력점 추적 주기(Pmppt)가 도래했는지를 판단하여, 새로운 최대 전력점 추적 주기(Pmppt)가 도래하면 최대 전력점 추적 동작을 실시하게 된다.

하지만, 현재의 패널 출력전압(Vpv)이 최대 전압(Vmax1) 이상인 경우(S412), 동작 제어부(141)는 평활용 커패시터(Cdc)의 충전 상태가 설정된 상태까지 도달하지 않는 상태로 판단한다.

따라서, 동작 제어부(141)는 단계(S47)로 넘어가 최대 전력점 추적 동작을 위해 전류 감지부(121)와 전압 감지부(122)를 이용하여 현재의 패널 출력전류(Ipv)와 패널 출력전압(Vpv)을 판정한다.

도 8에는 평활용 커패시터(Cdc)의 방전 동작을 이용하여 최대 전력점 추적 동작할 때 감지된 패널 출력전류(Ipv), 패널 출력전압(Vpv) 및 패널 전력(Ppv)의 파형을 도시한다.

도 8의 경우, 스캔 시간(Tscan)은 16ms이었다.

도 9에는 도 8에서 검출된 신호 파형을 이용하여 운전 전압인 패널 출력전압(Vpv)을 수평축으로 하여 전류(I)-전압(V) 곡선과 전력(P)-전압(V) 곡선을 도출한 파형을 도시한다.

도 9의 파형에서, 해당 태양 전지 패널에서 최대 전력(4.41W)을 출력하기 위한 패널 출력전압(Vpv)의 크기는 20.49[V]임을 알 수 있었다. 따라서, 이 패널 출력전압(20.47V)을 기준 전압(Vref)으로서 전력 조절 제어부(15)로 출력하여 전력 조절 장치(13)의 동작을 제어하면 해당 태양 전지 패널은 최대 전력을 출력하게 된다.

태양 전지 패널의 패널 출력전압(Vpv)의 스캔범위 중 최저 스캔 전압의 크기는 MPPT용 저항(Rmppt)의 크기와 관련이 있고, 도 9의 경우, 최저 스캔 전압의 크기는 7.50V임을 알 수 있다.

MPPT용 저항(Rmppt)의 값이 태양 전지 패널의 최대 전력 운전점에서의 등가 저항값(R_MPP)과 같다면 스캔 전압의 범위는 도 10에 도시하는 것처럼 개방 전압(Voc)과 최대 전력점(MPP)에 대응하는 패널 출력전압, 즉 최대 전력 전력점 전압(Vmpp) 사이가 되며, 도 10에서 최대 전력 전력점 전압(Vmpp)은 17.48V이었다.

최대 전력점 추적 동작을 위한 스캔 구간을 여유 있게 확보하여 좀 더 정확하게 최대 전력점 추적 동작을 실시하기 위해, MPPT용 저항(Rmppt)의 값은 태양전지 패널의 최대전력점에서의 등가 저항값(Rmpp) 보다 충분히 작은 것이 좋다.

하지만, MPPT용 저항(Rmppt)의 값을 너무 작게 설정하면, 이미 설명한 것처럼, MPPT용 저항(Rmppt)의 값에 평활용 커패시터(Cdc)의 방전 시정수가 비례하므로, 평활용 커패시터(Cdc)의 방전 시간이 짧아서 스캔 시간(Tscan)이 감소해, 태양전지 패널의 전류(즉, 패널 출력전류)(I)-전압(즉, 패널 출력전압(V)의 특성을 충분히 분석할 수 없게 될 수 있다.

이를 방지하기 위해, 제1 스위칭 소자(Rmppt)의 저항값을 증가시켜 태양 전지 패널의 최대 전력점에서의 등가 저항값(Rmpp)보다 커지게 되면, 최대 전력점 추적 동작을 위한 스캔 시간의 증가로 인해 전력 조절 장치(13)의 구동 시간이 감소하고, 이러한 전력 조절 장치(13)의 구동 시간 감소는 태양광 절전 시스템의 발전 전력 감소로 이어진다.

따라서, 도 11과 같이, 복수 개의 MPPT용 저항을 사용하여 패널 출력전류(Ipv)와 패널 출력전압(Vpv)의 스캔 범위로 안정적으로 확보하고 충분한 스캔 시간(Tscan)을 유지하기 위해 복수 개의 스캔 제어부를 병렬로 연결할 수 있다.

즉, 도 11와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전 시스템(100a)은 도 1에 도시한 것과 유사하게, 태양 전지 패널(11), 태양 전지 패널(11)의 양단에 연결된 최대 전력점 추적 감지부(12a), 최대 전력점 추적 감지부(12a)에 연결된 전력 조절 장치(13), 최대 전력점 추적 감지부(12a)에 연결되고 동작 제어부(141a)와 저장부(142a)를 구비한 최대 전력점 추적 제어 장치(14a) 그리고 최대 전력점 추적 제어 장치(14a)와 전력 조절 장치(13)에 연결된 전력 조절 제어부(15)를 구비한다.

이때, 최대 전력점 추적 감지부(12a)는 도 1과 동일하게 전류 감지부(121)와 전압 감지부(122)를 구비하고 있지만, 도 1과는 달리, 태양 전지 패널(11)의 양단에 병렬로 연결된 두 개의 스캔 제어부(1231, 1232)를 구비한다.

각 스캔 제어부(1231, 1232)의 구조는 도 1에 도시한 스캔 제어부(123)와 구조와 동일하여, 태양 전지 패널(11)의 제1 출력단자(+)에 일측 단자가 각각 연결된 MPPT용 저항(Rmppt1, Rmppt2)과 해당 MPPT용 저항(Rmppt1, Rmppt2)에 입력 단자가 연결되어 있고 태양전지 패널(11)의 제2 출력단자(-)에 출력단자가 연결되어 있으며 최대 전력점 추적 제어장치(14)의 동작 제어부(141a)에 제어 단자가 연결되어 있는 MPPT용 스위칭 소자(Smppt1, Smppt2)를 각각 구비하고 있다.

이러한 예의 최대 전력점 추적 감지부(12a)는 서로 동일한 저항값을 갖고 있는 경우, 하나의 저항(예, Rmppt)의 저항값보다 서로 병렬로 연결된 복수의 저항(예, Rmppt1 및 Rmppt2)의 저항값이 작다는 원리를 이용한 것이다.

즉, 최대 전력점 추적 주기에 도달하면, 최대 전력점 추적 제어 장치(14a)의 동작 제어부(141a)는 1차적으로 두 개의 스캔 제어부(1231, 1232) 중에서 하나의 스캔 제어부인 제1 스캔 제어부(예, 1231)의 제어 신호(Gmppt1)의 상태를 제어하여 제1 스캔 제어부(1231)에 위치하는 스위칭 소자(Smppt1)를 턴온시켜 평활용 커패시터(Cdc)를 방전시켜 1차적으로 스캔 시간(예, 제1 스캔시간)을 확보하여, 스캔 시간 동안 정해진 스캔 주기마다 패널 출력전류(Ipv)와 패널 출력전압(Vpv)의 스캔 동작(예, 제1 스캔 동작)을 실시한다.

그런 다음, 다시 2차적으로 두 개의 스캔 제어부(1231, 1232)의 스위칭 소자(Smppt1, Smppt2)의 제어단자로 각각 턴온 상태의 제어 신호(Gmppt1, Gmppt2)의 출력하여 제1 및 제2 스캔 제어부(1231, 1232)에 위치하는 스위칭 소자(Smppt1, Smppt2)를 턴온시키거나 평활용 커패시터(Cdc)를 방전시켜 2차적으로 스캔 시간(예, 제2 스캔 시간)을 확보한다. 이때, 제2 스캔 시간은 서로 병렬로 연결되어 있고 동일한 저항값을 갖는 저항(Rmppt, Rmppt)에 의해 제1 스캔 시간보다 짧다.

따라서, 제2 스캔 시간 동안 정해진 스캔 주기마다 패널 출력전류(Ipv)와 패널 출력전압(Vpv)의 스캔 동작(예, 제2 스캔 동작)을 실시한다.

이와 같이, 서로 다른 스캔 시간 동안 각각 스캔 동작이 이루어질 경우, 제1 스캔 동작 시에는 제2 스캔 동작 시보다 긴 시간 동안 스캔 동작이 이루어지고, 제2 스캔 동작 시에는 병렬 연결된 저항(Rmppt1, Rmmpt2)에 의한 저항값 감소로 스캔 범위가 제1 스캔 동작 시보다 증가하게 되어 제1 스캔 동작 시보다 낮은 패널 출력전압까지 스캔 동작이 이루어진다.

이처럼, 하나의 스캔 제어부(123)를 이용할 때보다 병렬로 연결된 복수 개의 스캔 제어부(1231, 1232)를 이용할 경우, 스캔 시간과 스캔 범위가 안정적으로 확보되어 정확한 최대 전력점 추적 동작이 이루어지게 된다.

이러한 태양광 발전 시스템(100a)에서 최대 전력점을 추적하기 위한 최대 전력점 추적 제어 장치(14a)의 동작은 도 12와 같다.

도 12에 도시한 것처럼 서로 다른 스캔 시간 동안 스캔 동작을 행하기 위해 두 번의 최대 전력점 추적 루틴(S56, S58)을 실시하는 것을 제외하고, 첫 번째 최대 전력점 추적 루틴(S56)일 때는 하나의 스캔 제어부(1231)만을 구동시키고 두 번째 최대 전력점 추적 루틴(S58)일 때는 모든 스캔 제어부(1231, 1232)를 구동시키는 것을 제외하면 도 4를 참고로 하여 설명한 동작과 동일하다.

즉, 최대 전력점 추적 주기가 되면, 동작 제어부(411)는 전력 조절 제어부(15)를 구동 중지 제어한 후 모든 스캔 제어부(1231, 1232)의 제1 스위칭 소자(Smppt1, Smppt2)를 턴오프시켜 평활용 커패시터(Cdc)의 전하를 설정 시간 동안 방전시킨다(S51-S54).

다음, 동작 제어부(411)는 해당 스캔 시간(Tscan21)동안 해당 스캔 제어부(1231)의 스위칭 소자(Smppt1)는 턴온시키고 나머지 스캔 제어부(1232)의 스위칭 소자(Smppt2)를 턴오프시켜(S55) 첫 번째 최대 전력점 추적 루틴(S56)을 실시하여 해당 스캔 시간(Tscan21) 동안 해당 스캔주기(Pscan21)마다 최대 전력점 전압(Vmpp)을 탐색한 후, 해당 스캔 시간(Tscan21)이 경과하면 다시 해당 스캔시간(Tscan22) 동안 모든 스캔 제어부(1231, 1232)의 스위칭 소자(Smppt1, Smppt2)는 턴온시키고(S57) 두 번째 최대 전력점 추적 루틴(S58)을 실시하여 해당 스캔 시간(Tscan22) 동안 해당 스캔주기(Pscan22)마다 최대 전력점 전압(Vmpp)을 탐색한다.

그런 다음, 동작 제어부(411)는 턴온 상태인 스캔 제어부(1231, 1232)의 제1 스위칭 소자(Smppt1, Smppt2)를 모두 온오프시킨 후 전력 조절 제어부(15)를 구동 제어한 후 제1 및 제2 최대 전력점 추적 동작에 의해 추적된 해당 최대 전력점 전압(Vmppt)을 기준전압(Vref)으로서 전력 조절 제어부(15)로 출력한다(SS59-S511).

다음 도 13과 도 14를 를 참고로 하여 본 발명의 또 다른 실시예를 설명한다.

도 13과 도 14에 도시한 것처럼, 본 예에 따른 태양광 발광 시스템(100b, 100c)은 스캔 제어부(123b1, 123b2)의 구조를 제외하면 도 1에 도시한 구조와 동일하다.

즉, 도 13의 스캔 제어부(123b1)의 스위칭 소자(Smppt21)는 MOSFET(metal oxide silicon field effect transistor)를 사용하고, 최대 전력점 추적 제어 장치(14)와 스위칭 소자(Smppt21) 사이에 전압 분배 저항(R1, R2)이 연결되어 있다.

따라서, 스캔 제어부(123b1)는 태양전지 패널(11)의 제1 출력단자(+)에 입력 단자인 드레인 단자가 연결되어 있고, 태양전지 패널(11)의 제2 출력단자(-)에 출력단자인 소스 단자가 연결되어 있는 스위칭 소자(Smppt21), 일측 단자는 최대 전력점 추적 제어 장치(14)의 동작 제어부(141)와 연결되어 제어 신호(Gmppt)를 인가받고 타측 단자는 스위칭 소자(Smppt21)의 제어 단자인 게이트 단자에 연결되어 있는 저항(R1) 및 저항(R1)의 타측 단자에 일측단자가 연결되어 있고 태양전지 패널(11)의 제2 출력단자(-)에 타측 단자가 연결되어 있는 저항(R2)을 구비한다.

이때, 저항(R1)은 가변저항(예, 트리머 가변 저항)일 수 있다.

이로 인해, 전압분배회로인 저항(R1 및 R2)을 이용하여 제1 스위칭 소자(Smppt21)의 제어 단자로 인가되는 전압(즉, 게이트 전압)의 크기를 감소시켜 MOSFET로 이루어진 반도체 스위칭 소자인 제1 스위칭 소자(Smppt21)가 능동영역에서 운전되면서 주 전류인 I_DS의 크기를 제한할 수 있도록 한다.

이때, 가변 저항인 저항(R1)의 저항값을 조정하여 제1 스위칭 소자(Smppt21)를 흐르는 전류(I_DS)의 크기가 조정된다.

또한, 도 14는 본 실시예에 따른 태양광 발전 시스템(100c)의 다른 예로서, 스캔 제어부(123b2)의 제1 스위칭 소자(Smppt22)가 바이폴라 트랜지스터로 이루어진 것을 제외하면 도 14의 스캔 제어부(123b1)의 경우와 동일하다.

따라서, 제1 스위칭 소자(Smppt22)는 태양전지 패널(11)의 제1 출력단자(+)에 입력단자인 컬렉터 단자가 연결되어 있고, 전압 분해 저항인 저항(R1, R2)의 타측 단자와 일측 단자에 제어 단자인 베이스 단자가 연결되어 있으며 태양전지 패널(11)의 제2 출력단자(-)에 출력단자인 베이스 단자가 연결되어 있다.

이러한 제1 스위칭 소자(Smppt22)의 종류를 제외하면, 도 14에 도시한 태양광 발전 시스템의 구조와 동일하므로 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.

이와 같이, 바이폴라 트랜지스터로 이루어진 반도체 스위칭 소자인 제1 스위칭 소자(Smppt22)로 베이스 단자로 인가되는 제어 신호를 이용하여 능동 운전 영역에서 운전하도록 제어하여 평활용 커패시터(Cdc)의 방전시간을 제어한다.

이로 인해, 최대 전력점 추적 동작을 위한 태양전지 패널(11)의 스캔시간을 원하는 크기대로 조정할 수 있다.

이미 설명한 것처럼, 전압 분해 저항인 저항(R1, R2)을 통해 제1 스위칭 소자(Smppt11)의 베이스 단자로 인가되는 제어 신호(Gmppt)를 감소시켜 인가하므로 제1 스위칭 소자(Smppt22)가 능동 운전 영역에서 운전되면서 제1 스위칭 소자(Smppt22)를 흐르는 주 전류인 컬렉터 전류(I_C)의 크기가 제한된다. 또한, 가변저항인 저항(R1)의 크기를 조정하여 주 전류 I_C의 크기가 조정된다.

도 13과 도 14에 도시한 태양광 발전 시스템(100b, 100c)을 위한 최대 전력점 추적 제어 장치(14)의 동작은 도 4 및 도 5를 참고로 하여 설명한 것과 동일하므로, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

11: 태양 전지 패널
12, 12a, 12b, 12c: 최대 전력점 추적 감지부
121: 전류 감지부 122: 전압 감지부
123, 123b1, 123b2, 1231, 1232: 스캔 제어부
14, 14a: 최대 전력점 추적 제어 장치
15: 전력 조절 제어부 Cdc: 커패시터
Rmppt, Rmppt1, Rmppt2, R1, R2: 저항
Smppt, Smppt1, Smppt2, Smppt21, Smppt22: 스위칭 소자

Claims

태양전지 패널의 일측 출력단자의 전류를 감지하여 출력하는 전류 감지부,
상기 태양전지 패널의 양측 출력단자 사이의 전압을 감지하여 출력하는 전압 출력부,
상기 태양전지 패널의 양측 출력단자 사이에 위치하는 커패시터,
스위칭 소자와 적어도 하나의 저항을 구비하고 있고, 상기 스위칭 소자의 턴온 또는 턴오프 상태에 따라 상기 커패시터의 방전 동작과 충전 동작을 제어하는 스캔 제어부, 그리고
상기 전류 감지부, 상기 전압 감지부 및 상기 스캔 제어부에 연결되어 있고, 상기 스위칭 소자의 턴온 동작과 턴오프 동작을 제어하며, 상기 커패시터의 방전 동작 시 또는 충전 동작 시에 상기 전류 감지부와 상기 전압 감지부로부터 인가되는 신호를 이용하여 상기 태양전지 패널의 패널 출력전류와 패널 출력전압을 판정하고, 판정된 패널 출력전류와 패널 출력전압을 이용하여 패널 전력을 산출하여 최대 전력점 추적 동작을 실시하는 최대 전력점 추적 제어 장치
를 포함하는 태양광 발전 시스템.
제1항에서,
상기 스캔 제어부는 하나의 저항과 하나의 스위칭 소자를 포함하고,
상기 저항은 상기 태양전지 패널의 일측 출력단자에 일측 단자가 연결되어 있고,
상기 스위칭 소자는 상기 저항과 상기 태양전지 패널의 타측 출력단자 사이에 입력단자와 출력단자가 연결되어 있고 상기 최대 전력점 추적 제어 장치에 제어 단자가 연결되어, 상기 최대 전력점 추적 제어 장치로부터 제어 신호를 인가받아 동작 상태가 정해지는
태양광 발전 시스템.
제1항에서,
상기 스캔 제어부는 제1 저항 및 제2 저항과 하나의 스위칭 소자를 포함하고,
상기 스위칭 소자는 상기 태양전지 패널의 일측 출력단자와 타측 출력단자 사이에 입력단자와 출력단자가 연결되어 있고,
상기 제1 저항의 일측단자는 최대 전력점 추적 제어 장치에 연결되어 상기 최대 전력점 추적 제어 장치로부터 제어 신호를 인가받고 타측단자는 상기 스위칭 소자의 제어 단자에 연결되어 있고,
상기 제2 저항의 일측단자는 상기 제1 저항의 타측 단자에 연결되어 있고, 타측단자는 태양전지 패널의 타측 출력단자에 연결되어 있는
태양광 발전 시스템.
제3항에서,
상기 스위칭 소자는 MOSFET나 바이폴라 트랜지스터로 이루어져 있는 태양광 발전 시스템.
제1항에서,
상기 최대 전력점 추적 제어 장치는,
상기 제어 신호를 이용하여 상기 스위칭 소자를 설정 시간 동안 턴오프시켜 상기 커패시터를 정해진 상태까지 충전시키고,
정해진 스캔시간 동안 상기 제어 신호를 이용하여 상기 스위칭 소자를 턴온시켜 상기 커패시터의 방전 동작이 이루어지도록 한 후, 정해진 스캔 주기마다 상기 태양전지 패널의 패널 출력전류와 패널 출력전압을 판정하고, 판정된 패널 출력전류와 패널 출력전압을 이용하여 현재 패널 전력을 산출하고, 산출된 현재 패널 전력이 이전 패널 전력보다 크면 최대 전력점 전압을 판정된 패널 출력전압으로 하고, 현재 패널 전력을 이전 패널 전력으로 저장하는 최대전력점 추적 동작을 실시하는
태양광 발전 시스템.
제1항에서,
상기 최대 전력점 추적 제어 장치는,
상기 제어 신호를 이용하여 상기 스위칭 소자를 턴오프시켜 상기 커패시터를 충전시키고,
상기 전압 감지부에 의해 판정된 패널 출력전압이 정해진 최대 전압 초과이면, 상기 제어 신호를 이용하여 상기 스위칭 소자를 턴온시켜 상기 커패시터의 방전이 이루어지도록 하고,
상기 커패시터의 방전 중에 상기 전압 감지부에 의해 판정된 패널 출력전압이 최소 전압 미만일 때까지 상기 전류 감지부와 상기 전압 감지부를 이용하여 상기 태양전지 패널의 패널 출력전류와 패널 출력전압을 판정하고, 판정된 패널 출력전류와 패널 출력전압을 이용하여 현재 패널 전력을 산출하고, 산출된 현재 패널 전력이 이전 패널 전력보다 크면 최대 전력점 전압을 판정된 패널 출력전압으로 하고, 현재 패널 전력을 이전 패널 전력으로 저장하는 최대전력점 추적 동작을 실시하는
태양광 발전 시스템.
제1항에서,
상기 최대 전력점 추적 제어 장치는,
상기 제어 신호를 이용하여 상기 스위칭 소자를 설정 시간 동안 턴온시켜 상기 커패시터를 정해진 상태까지 방전시키고,
정해진 스캔시간 동안 상기 제어 신호를 이용하여 상기 스위칭 소자를 턴오프 상기 커패시터의 충전 동작이 이루어지도록 한 후, 정해진 스캔 주기마다 상기 태양전지 패널의 패널 출력전류와 패널 출력전압을 판정하고, 판정된 패널 출력전류와 패널 출력전압을 이용하여 현재 패널 전력을 산출하고, 산출된 현재 패널 전력이 이전 패널 전력보다 크면 최대 전력점 전압을 판정된 패널 출력전압으로 하고, 현재 패널 전력을 이전 패널 전력으로 저장하는 최대전력점 추적 동작을 실시하는
태양광 발전 시스템.
제1항에서,
상기 최대 전력점 추적 제어 장치는,
상기 제어 신호를 이용하여 상기 스위칭 소자를 턴온시켜 상기 커패시터의 방전이 이루어지도록 하고,
상기 커패시터의 방전 중에 상기 전압 감지부에 의해 판정된 패널 출력전압이 정해진 최소 전압 미만이면, 상기 제어 신호를 이용하여 상기 스위칭 소자를 턴오프시켜 상기 커패시터의 충전이 이루어지도록 하고,
상기 커패시터의 충전 중에 상기 전압 감지부에 의해 판정된 패널 출력전압이 최대 전압을 초과할 때까지 상기 전류 감지부와 상기 전압 감지부를 이용하여 상기 태양전지 패널의 패널 출력전류와 패널 출력전압을 판정하고, 판정된 패널 출력전류와 패널 출력전압을 이용하여 패널 전력을 산출하고, 판정된 패널 출력전류와 패널 출력전압을 이용하여 현재 패널 전력을 산출하고, 산출된 현재 패널 전력이 이전 패널 전력보다 크면 최대 전력점 전압을 판정된 패널 출력전압으로 하고, 현재 패널 전력을 이전 패널 전력으로 저장하는 최대전력점 추적 동작을 실시하는
태양광 발전 시스템.
태양전지 패널의 일측 출력단자의 전류를 감지하여 출력하는 전류 감지부,
상기 태양전지 패널의 양측 출력단자 사이의 전압을 감지하여 출력하는 전압 출력부,
상기 태양전지 패널의 양측 출력단자 사이의 위치하는 커패시터,
상기 태양전지 패널의 양측 출력단자에 병렬로 연결되어 있는 복수의 스캔 제어부, 그리고
상기 전류 감지부, 상기 전압 감지부 및 상기 복수의 스캔 제어부에 연결되어 있는 최대 전력점 추적 제어 장치
를 포함하고,
상기 복수의 스캔 제어부 각각은,
상기 태양전지 패널의 일측 출력단자에 일측 단자가 연결되어 있는 저항,
그리고 상기 저항과 상기 태양전지 패널의 타측 출력단자 사이에 입력단자와 출력단자가 연결되어 있고 상기 최대 전력점 추적 제어 장치에 제어 단자가 연결되어 있는 스위칭 소자
를 포함하고,
상기 최대 전력점 추적 제어 장치는,
복수 개의 스캔 제어부 중에서 하나의 스캔 제어부의 스위칭 소자로 인가되는 제어 신호를 이용하여 상기 하나의 스캔 제어부의 스위칭 소자를 턴온시켜 상기 커패시터를 방전시키고 상기 커패시터의 방전 중에 상기 전류 감지부와 상기 전압 감지부로부터 인가되는 신호를 이용하여 상기 태양전지 패널의 패널 출력전류와 패널 출력전압을 판정하고, 판정된 패널 출력전류와 패널 출력전압을 이용하여 패널 전력을 산출하여 최대 전력점을 추적하는 제1 최대 전력점 추적 동작을 실시하고,
다시 복수의 스캔 제어부 모두의 스위칭 소자로 인가되는 제어 신호를 이용하여 상기 복수의 스캔 제어부의 스위칭 소자를 모두 턴온시켜 상기 커패시터를 방전시키고 상기 커패시터의 방전 중에 상기 전류 감지부와 상기 전압 감지부로부터 인가되는 신호를 이용하여 상기 태양전지 패널의 패널 출력전류와 패널 출력전압을 판정하고, 판정된 패널 출력전류와 패널 출력전압을 이용하여 패널 전력을 산출하여 최대 전력점을 추적하는 제2 최대 전력점 추적 동작을 실시하는
태양광 발전 시스템.
제9항에서,
제1 최대 전력점 추적 동작은 하나의 스캔 제어부의 스위칭 소자로 인가되는 제어 신호에 의해 상기 하나의 스캔 제어부의 스위칭 소자가 턴온 됨에 따라 상기 커패시터가 방전될 때 상기 커패시터의 방전 시간에 기초한 제1 스캔시간 동안 행해지고,
제2 최대 전력점 추적 동작은 복수의 스캔 제어부 모두의 스위칭 소자로 인가되는 제어 신호에 의해 상기 복수의 스캔 제어부의 스위칭 소자가 모두 턴온됨에 따라 상기 커패시터가 방전될 때 상기 커패시터의 방전 시간에 기초한 제2 스캔시간 동안 행해지며,
상기 제1 스캔 시간은 상기 제2 스캔 시간보다 긴
태양광 발전 시스템.
해당 상태의 제어 신호를 설정 시간 동안 스위칭 소자로 인가하여 상기 스위칭 소자를 턴오프 또는 턴온시켜 커패시터를 정해진 상태까지 충전 또는 방전시키는 단계,
정해진 스캔시간 동안 해당 상태의 제어 신호를 상기 스위칭 소자로 인가하여 상기 스위칭 소자를 턴온 또는 턴오프시켜 상기 커패시터를 방전 또는 충전시키는 단계,
상기 커패시터의 방전 또는 충전 중에, 정해진 스캔 주기마다 전류 감지부와 전압 감지부를 이용하여 태양전지 패널의 패널 출력전류와 패널 출력전압을 판정하는 단계,
판정된 패널 출력전류와 패널 출력전압을 이용하여 현재 패널 전력을 산출하는 단계, 그리고
산출된 현재 패널 전력이 이전 패널 전력보다 크면 최대 전력점 전압을 판정된 패널 출력전압으로 하고, 현재 패널 전력을 이전 패널 전력으로 저장하는 단계
를 포함하는 태양광 발전 시스템의 제어 방법.
해당 상태의 제어 신호를 스위칭 소자로 인가하여 상기 스위칭 소자를 턴온 또는 턴오프시켜 커패시터를 충전 또는 방전시키는 단계,
전압 감지부에 의해 판정된 패널 출력전압이 정해진 최대 전압 초과 또는 최소 전압 미만이면, 해당 상태의 제어 신호를 상기 스위칭 소자로 인가하여 상기 스위칭 소자를 턴온 또는 턴오프시켜 상기 커패시터를 방전 또는 충전시키는 단계,
상기 커패시터의 방전 또는 충전 중에 전압 감지부에서 출력되는 신호를 이용하여 태양전지 패널의 패널 출력전압을 판정하는 단계,
판정된 패널 출력전압이 최소 전압 미만 또는 최대 전압 초과일 때까지 전류 감지부와 전압 감지부를 이용하여 상기 태양전지 패널의 패널 출력전류와 패널 출력전압을 판정하는 단계,
판정된 패널 출력전류와 패널 출력전압을 이용하여 현재 패널 전력을 산출하는 단계, 그리고
산출된 현재 패널 전력이 이전 패널 전력보다 크면 최대 전력점 전압을 판정된 패널 출력전압으로 하고, 현재 패널 전력을 이전 패널 전력으로 저장하는 단계
를 포함하는 태양광 발전 시스템의 제어 방법.
복수 개의 스캔 제어부 중에서 하나의 스캔 제어부의 스위칭 소자로 해당 상태의 제어 신호를 인가하여 상기 하나의 스캔 제어부의 스위칭 소자를 턴온시켜 커패시터를 제1 시간 동안 방전시키는 단계,
상기 제1 시간 동안의 커패시터의 방전 중에 전류 감지부와 전압 감지부로부터 인가되는 신호를 판독하여 태양전지 패널의 패널 출력전류와 패널 출력전압을 판정하고, 판정된 패널 출력전류와 패널 출력전압을 이용하여 패널 전력을 산출하여 최대 전력점을 추적하는 제1 최대 전력점 추적 동작을 실시하는 단계,
복수의 스캔 제어부 모두의 스위칭 소자로 해당 상태의 제어 신호를 인가하여 상기 복수의 스캔 제어부의 스위칭 소자를 모두 턴온시켜 상기 커패시터를 제2 시간 동안 방전시키는 단계, 그리고
상기 제2 시간 동안의 커패시터의 방전 중에 상기 전류 감지부와 상기 전압 감지부로부터 인가되는 신호를 이용하여 상기 태양전지 패널의 패널 출력전류와 패널 출력전압을 판정하고, 판정된 패널 출력전류와 패널 출력전압을 이용하여 패널 전력을 산출하여 최대 전력점을 추적하는 제2 최대 전력점 추적 동작을 실시하는 단계
를 포함하고,
상기 복수의 스캔 제어부 각각은,
상기 태양전지 패널의 일측 출력단자에 일측 단자가 연결되어 있는 저항, 그리고
상기 저항과 상기 태양전지 패널의 타측 출력단자 사이에 입력단자와 출력단자가 연결되어 있고 상기 최대 전력점 추적 제어 장치에 제어 단자가 연결되어 있는 스위칭 소자
를 포함하는
태양광 발전 시스템의 제어 방법.
제13항에서,
제1 최대 전력점 추적 동작은 하나의 스캔 제어부의 스위칭 소자로 인가되는 제어 신호에 의해 상기 하나의 스캔 제어부의 스위칭 소자가 턴온되어 상기 커패시터가 방전될 때, 상기 제1 시간에 기초한 제1 스캔시간 동안 행해지고,
제2 최대 전력점 추적 동작은 복수의 스캔 제어부 모두의 스위칭 소자로 인가되는 제어 신호에 의해 상기 복수의 스캔 제어부의 스위칭 소자가 모두 턴온되어 상기 커패시터가 방전될 때, 제2 시간에 기초한 제2 스캔시간 동안 행해지며,
상기 제1 시간은 상기 제2 스캔 시간보다 긴
태양광 발전 시스템의 제어 방법.